GB∕ T 40568-2021 納米技術(shù) 多壁碳納米管的表征 介觀形狀因子

國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會 I Ⅱ 1 1 1 13.2縮略語 2 3 3 34.3SEM樣品制備 3 3 3 3 4 5附錄A(規(guī)范性)第3章、附錄B、附錄C和附錄D中術(shù)語和定義的公式 6附錄B(資料性)黏度測量法 附錄C(資料性)動態(tài)光散射和去極化動態(tài)光散射 附錄D(資料性)測量實例與檢測報告 IGB/T40568—2021/ISO/TS本文件使用翻譯法等同采用ISO/TS11888:2017《納米技術(shù)多壁碳納米管的表征介觀形狀Ⅱ由化學(xué)氣相沉積(CVD)制備的多壁碳納米管(MWCNTs)可用于高分子復(fù)合材料、導(dǎo)電涂層等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。在大多數(shù)情況下，用CVD制備的MWCNTs具有沿軸向隨機分布的靜態(tài)(持久)彎曲點。MWCNTs產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)主要取決于組成該產(chǎn)品的單根MWCNTs(見ISO/TS80004-3)的介觀本文件提供了確定統(tǒng)計量“靜態(tài)彎曲持續(xù)長度(SBPL)”的方法。SBPL表示不因持久彎曲而變形的最大直線長度，它給出了MWCNTs的介觀形狀和尺寸之間的關(guān)系。若兩根MWCNTs長度相同但于估計達到導(dǎo)電性(滲流極限)的MWCNTs-高分子基體的負載量，并有助于模擬MWCNTs-高分子復(fù)在開展與碳納米管相關(guān)的工作前，建議先詳細了解碳納米管的處理、處置方1納米技術(shù)多壁碳納米管的表征1范圍本文件描述了多壁碳納米管(MWCNTs)介觀形狀因子的表征方法。所采用的表征技術(shù)包括掃描本文件借鑒高分子物理中的概念和數(shù)學(xué)表達式來定義MWCNTs的介觀形狀因子。 圖1MWCNTs2圖1MWCNTs在不同觀測尺度下的形狀(續(xù))lL單根MWCNTs沿其軸向的總長度。端距end-to-enddistanceR單根MWCNTs兩端之間的直線距離。本征黏度intrinsicviscosity特性黏數(shù)用于描述單根MWCNTs對MWCNTs分散液黏度貢獻的參數(shù)。34GB/T40568—2021/ISO/TS11888:20少于3張SEM圖像；在20000×放大倍率下，拍攝不少于3張代表性高分辨SEM圖像。方法1射噴銥1min。若無銥源，可選用金或鉑。在10000×放大倍率下，拍攝不少于3張SEM圖像；在20000×放大倍率下，拍攝不少于3張代表性高分辨SEM圖像。對于方法2(見),宜采用本制從合成MWCNTs的SEM圖像中，測量不少于100根MWCNTs的單根曲率半徑，計算曲率半徑將稀釋后的MWCNTs/DMF分散液滴在碳膜上，在60℃下干燥24h。在10000×放大倍率下進行TEM成像，拍攝不少于3張1000000×至3000000×放大倍率的MWCNTs的TEM圖像。選取不少于10根MWCNTs,沿其軸向至少選擇3個不同位點，測量內(nèi)徑和外徑，計算平均值。測量位點總數(shù)應(yīng)不少于30個。56(規(guī)范性)A.1第3章中術(shù)語和定義的公式1《R2>=2lpL+2lp(e-L/lp—圖A.1不同形狀單根MWCNTs的SBPL彎曲比bendingratio彎曲比Do由靜態(tài)彎曲點的數(shù)目和其沿MWCNTs軸向的分布決定。D。表述為公式(A.2)[4.5,6]:φ;=N:/N(每段i由N:個單元段組成);k=m+1,其中m為靜態(tài)彎曲點的數(shù)目；7GB/T40568—2021/ISO/TS11式中：θ——第(i+1)段方向和第i段軸向之間的靜態(tài)彎曲角。當?shù)趇段和第(i+1)段相鄰時，0為90°;lo——段長，假設(shè)單根MWCNTs上的所有段等長。加權(quán)平均輪廓長度weightedaveragecontourlength賦予權(quán)重的輪廓長度的平均值。加權(quán)平均端距可結(jié)合公式(A.2)和公式(A.3)得到，用于估算附錄B中的本征黏度。本征黏度intrinsicviscosity特性黏數(shù)用于描述單根MWCNTs對MWCNTs分散液黏度貢獻的參數(shù)。f=[1+0.926△(D?)12]-1A.2用于其他術(shù)語和定義的公式動態(tài)彎曲持續(xù)長度dynamicbendingpersistencelength不會由熱量變化導(dǎo)致彎曲的最大直線長度。在將MWCNTs進行分散時，動態(tài)彎曲持續(xù)長度lp與所用溶劑的類型相關(guān)。lp可用Kratky-Porod公式(A.8)表達：<R2>=2lpL+2lp(e-L/lp—1)式中：(R2>——均方端距，即平方端距的平均值；L———輪廓長度，即單根MWCNTs沿其軸線的總長度。8表觀持續(xù)長度apparentpersistencelength由動態(tài)光散射得到的單根MWCNTs持續(xù)長度的測量值。分散液中的單根MWCNTs受到熱輻照時，整體尺寸和形狀會發(fā)生改變。根據(jù)公式(A.9),表觀持將單根MWCNTs看作分子，用表觀分子量表示其分子質(zhì)量。p——單根MWCNTs的石墨烯層的密度；D?——單根MWCNTs的平均內(nèi)徑。加權(quán)平均表觀分子量weightedaverageapparentmolecuN——單根MWCNTs的個數(shù)；N?——具有表觀分子量的MWCNTs個數(shù)；相對黏度relativeviscosityηr9比黏度specificviscosity分散液黏度與所用溶劑黏度之比減1。GB/T40568—2021/ISO/TS(資料性)MWCNTs分散液的本征黏度可由加權(quán)平均表觀分子量Mw估算。如已知M和Lw,SBPL可由本征黏度的測量值進行估算?？捎灭ざ扔嫹▽τ?.1.2得到的用DMF清洗毛細管黏度計，重復(fù)洗3次。測量不含MWCNTs的純DMF通過毛細管黏度計的時間。用DMF將MWCNTs分散液(根據(jù)4.2制備)進行稀釋至含量(質(zhì)量分數(shù))為0.001%～0.005%,將稀釋后的MWCNTs分散液倒入毛細管黏度的濃度將比黏度進行分區(qū)，繪制MWCNTs的濃度-比率曲線。用MWCNTs濃度外推為0時的比率確如果已知Mw和加權(quán)平均端距，由MWCNTs的本征黏度可通過公式(A.5)、公式(A.6)和公(資料性)C.1概述由動態(tài)光散射(DLS)和去極化動態(tài)光散射(DDLS)可測量MWCNTs的平動擴散系數(shù)和轉(zhuǎn)動擴散系數(shù)。擴散系數(shù)可用表觀持續(xù)長度lap、MWCNTs的平均外徑D。和加權(quán)平均輪廓長度Lw進行估算?？捎霉馍⑸浞▽τ?.1.2得到的SBPL進行確認。C.2由DLS測量得到介觀形狀因子用DLS和DDLS測量MWCNTs的平動和轉(zhuǎn)動擴散行為。用功率約為100mW的二極管泵浦固用最小延遲時間為480ns的256通道數(shù)字自相關(guān)器計算散射光子的時間自相關(guān)函數(shù)。在30°~90°之間的幾個不同散射角度測量自相關(guān)函數(shù)。采用對DLS消光比均為1:100000的偏當溫度處于278K~393K之間時，DLS樣品池的溫度變化應(yīng)控制在不大于1K。平動擴散系數(shù)和轉(zhuǎn)動擴散系數(shù)可由電場自相關(guān)平均衰減率第一累積量P獲得。當入射光和檢測器均處于垂直位置時，n——分散液折射率；0,——散射角；MWCNTs的個數(shù)。測量電場自相關(guān)函數(shù)平均衰減率的第一累積量P。當入射光和檢測器均垂直時，當入射光垂直而檢測器水平時，P可表示為THy。平動擴散系數(shù)Dr和轉(zhuǎn)動擴散系數(shù)Dr可用公FHv=q2Dr+6Dr用DLS測得的SBPL代表分散液中MWCNTs的平均形狀。用方法1測量SBPL的流程如圖D.1所示。比0.4D?出用于估算SBPL的測量方法。輪廓長度和彎曲比可視情況自選。因為義，因此宜采用科學(xué)計數(shù)法對其進行表示，如A×10?,其中A和B是整數(shù)。表D.1介觀形狀因子檢測報告樣品1SBPL(方法1)SBPL(方法2)SBPL(方法3)7×101~12×1012×102~3×1027×102~1×103彎曲比在本附錄中，將按照表D.1中介觀形狀因子利用公式(C.1)計算得到的本征黏度與實驗測得的本征黏度進行了對比。由實驗數(shù)據(jù)用公式(D.1)計算得到的本征黏度見圖D.3。GB/T40568—2021/ISO/TS圖D.3中的實線表示用公式(C.1)對表D.1中介觀形狀因子的計算結(jié)果。測得的MWCNTs本征黏度與計算結(jié)果一致。結(jié)果表明第4章的方法是正確的。43圖D.3MWCNTs分散液的比黏度和本征黏度由圖D.4可見，MWCNTs分散液的平動擴散系數(shù)與用公式(C.3)通過介觀形狀因子計算得到的值本研究也說明MWCNTs的整體尺寸(端距)隨溫度升高而減小可歸因于靜態(tài)彎曲點處的熱波動。忽略熱波動效應(yīng)，用DLS測量估算的MWCNTs平均尺寸與用SEM圖像(中方法1)得到的尺寸一致，在圖D.4的整個溫度區(qū)間誤差在20%以內(nèi)。本結(jié)果驗證了第4章中方法的有效性。圖D.4MWCNTs分散液在不同溫度時的平動擴散系數(shù)[3]ISO/TS80004-3Nanotechnologies—Vocabulary—Part3:Carbonnano-obj[4]LEEH.S.,YUNC.H.,KIMH.M.,LEEC.J.PersisNanotubeswithStaticBending.J.Phys.Chem.C.2007,1llpp.18882-18887[5]LEEH.S.,&YUNC.H.TranslationaNanotubeswithStaticBending.J.Phys.Chem.C.[6]LEEH.S.,YUNC.H.,KIMS.K.,CHOIJ.H.,LEEdimensionalMultiwallCarbonNanotubeNetworks.Appl.Phys.Lett.200,95p.134104[7]POLANDC.A.,DUFFINR.,KINLOCHI.,MAYNARDA.,WALLACESEATONA.CarbonNanotubesIntroducedintotheAbdominalCavityofMiceShowAsbesPathogenicityinaPilotStudy.N[8]POORTEMANM.,TRAIANIDISM.,BISTERG.,CAMBIERtionsnearthePercolationThreshold.J.Eur.Ceram.Soc.2009,29p.669tiesofCarbonNanotubeComposites.Acta[10