GB_T 42310-2023 纳米技术 石墨烯粉体比表面积的测定 氩气吸附静态容量法.docx

ICS71.040.50（、（；MGR中华人民共和国家标准GBZT423102023纳米技术石墨烯粉体比表面积的测定氨气吸附静态容量法Nanotechno1.ogyMeasurementforspecificsurfaceareaofgraphenepowder一Staticvo1.umetricmethodbyargongasadsorption2023-10-01!202303T7发布国家市场监督管理总局沿布国家标准化管理委员会发布目次IH引言INI三1.12规范性引用文件I3术语和定义14原理25试剂或材料36仪潺设备47测试过程48试验数据处理59测境不确定度7IO检测报告7附录A（资料性）不同吸附质在石凝烯粉体样品去面的吸附行为9附录B（资料性）不同类型石发烯扮体样品吸附热的研究13附录C（资料性）比表面积和样品取样信的关系测试示例16附录D（资料性）热重分析确定测试样品的脱气温度测试示例18附录E（资料性）含有微孔的石墨烯粉体的BET比表面枳计算选点过程19参考文纵21本文件按照GB,T1.1-2020£标准化工作导则笫1部分：标准化文件的结构和起草规则3的规定起草。谛注意本文件的某线内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承抠识别专利的责任”本文件由中国科学院提出。本文件H1.全国纳米技术标准化技术委员会6RC/TC279）归口.本文件起草单位：国家纳米科学中心、中国iH科学研究院、广州特种承压设需检测研究院、贝上德仪器科技（北京）有限公司、北京石墨烯研究院,青岛华裔裁烯科技股份有限公司、冶金工业信息标准研究院、北京低清治能源研究院、浙江师范大学、泰州飞荣达新材料树支有限公司、中国科学院山西煤炭化学研究所.本文件主要起草人：何晓英、刘忍肖、葛广路、任玲玲、尹宗杰、李茂东、柳剑峰、杨照地、张荣花、柳累、郭洪云、李倩、大批放、代伟、何立板、刘宏微、吕4通J、黄S虹.石墨烯检体的比表面枳是影响其应用性能的关键特性参数之-O毓气吸附（BRInaUer-Emmett-Te1.1.er）法是测试固态物质比表面积的常用方法，但其适用前提是氨气作为吸附质在固态吸附剂表面的吸附行为符合理想的经典物理吸附模出。我国产业化石城烯粉体类型多样，不同类型的样M含有不同的片层内缺陷、片径边缘位错、晶界等，使得在上述各处存在的碳原子化学性质活跃程;更、数目等也存在差异。此外，由于牛产工艺的不同，不同类型构体样:品表面所引入功能基团（如PH）等也不尽相同。氮气分子具有四极矩，作为吸IW页会和极性吸附剂相互作用形成特定吸附，形成不同于理想经典物理吸附模型的分子序列取向，并可能造成多,点BEr图的线性相关性较差，故比表面枳测试结果的准确性、可莫性也较差。不同吸附质在石墨烯粉体表面的吸附行为见附录A，显气分子是小原子气体分子，电子己完全配对且不存在任何成键轨道,通常认为其不具有化学活性。抗气分/不存在四极矩，作为吸附质在石墨烯检体材料表面吸附时，对样M表面结构或官能团的收感性低，其吸附行为符合理想经典物理吸附模型，所以在液斑品度下进行比表面积测定时，可用经典BET理论进行计算.由于氢气与融气的极化率和分子尺寸极为相似,它们的非特定吸附性质也极为相似,在非极性吸附剂上，氮的吸附热和氢的吸附热几乎相等.对于有极性的石眼烯粉体材料，怒气和级气的吸附热存在显著差异（相关示例见附录B）,进一步证实了采用氨气作为吸附侦测定石墨烯粉体比表面枳的科学性和合理性.纳米技术石墨烯粉体比表面积的测定A1.气吸附忤态容置法1范围本文件描述了用翅气吸附静态在疑法测定石墨烯粉体比衣面枳的方法.本文件适用于测定具有H型（分故的、无孔或大孔）和IV型（介扎孔径2nm-50nm）¾附等温践的石祟烯粉体的比衣面积。含有少计微孔、吸附等温践呈现出【I型和I型相结合或IV型和I型相结合的石58烯检体的比去面积测定亦适用.其他类型的碟聪纳米材料，如碳纳米管、或纤维、变孔炭等比表面积的测定参照使用。2It范性引用文件本文件没有规苞性引用文件.3和8和嵬义下列术语和定义适用于本文件。3.1石IWIgraphene石墨焦层graphene1.ayersing1.e-1.ayergra（）hene;Kno1.ayergraphene由一个碳原子与周围三个近邻碳原子结合形成蛀离状结构的碳原子单层.注1:它是许多碳纳米物（郴戌邸堆单元。注2:I1.于石蒯微仃一层,M网常被稼为单层石房烯.石墨烯缩”为I1.Xi以便区别于缩写为皿勺双层石墨烯和缩笃为RJG的少层石!恩礼注3：八祭烯边苑并且在碳r0至搬环的地加传蜡制片界.来源：GRT30544.15-20183.1.2.!32石gnhenpowder主要由石墨烯和相关二维材料如成的、外观为黑色或棕黄色的粉体，的石装燧粉体包括单层彳谍希（11.G）、双层彳旗熔JG）、少层石墨箱Rd石髅烯纳米片（GNPJ、机械谢离石!»烯、化学解离石墨锦、小分子合成CVIXPVD所聚笳、还原氧化石!KtttGO卜氧化石必GO的33石graphenenonop1.ate;graphenenanop1.ate1.et;GN）由石墨笳层构成的纳米片。注：Q0向常见Jwsi为Inm至3ran横向尺寸范约为100mn至K）Om.来源：GBT3（）544.1320183.1.2.1113.4grapheneOXide;GO时石燃进行仪化及剥高后所得到的化学改性石凝爆，其基平面已被强辄化改性.注：毁化石鬓烯是具有高辄含量的球层材料，通常由碳乳原子比（与合成方法有关，依约为20）我征.来源：GRT30544.1320183.1.2.1313.5还原气化石DIreducedgrapheneoxide;r<iO领含量被降低后的氧化石携烯。注1：可通她学、蟒、触,汨匕光热、倒:物细曲第淞,或布躺还氧化彳遏辨阳化fi睇，注2：如果X：化石累烯被完全还原，瓶么得到的觎石2«烯.然而，实际上仍会残留部分含领雌基（拉并且可化学灌也无法完全还原枷M匕孚键.不同的还保介颂将导致还原氧化石黑烯具有不同的解iUSif比及不同的化湖分。注3:iO；阐包iSWfi不同的形态，例如片状或画侬构,来源：G&T30544.132018A1.2.1413.6物理吸附physisorption吸附质弱的键合：压力和温度微小变动即可引起过程逆转的吸附.来源：GBT195872017,3.213.7比表面积SPedfiCsrfacearea单位质量固态物质的内外表面枳之和，注1:表面积在给定测见案件和方法的前提下，有意义,本文利中的表面积指的是用融气吸附静态容盘法测量的石墨烯树本的表4见注2：对本文件而吉，所测定的表面枳包括石妣喝粉体的外衣面枳和作为吸附班的修气可进入的大孔'介孔Hjffi孔的内表面税之和，来源：GBT195872OI73,行脩改3.8等过线isotherm恒定温度下，气休吸附收与气体平衡压力之间的美系曲线。来源：GBT195872017.3.613.9自由空闾freespace除去试样体积以外的样品空的体枳。来源：GB'TI9587-2OI7,3.19493本文件给出的氧气吸附静态容量法以氯气为吸附质.将已知ht的吸附气体通入处于吸附温度下的样品室中（见图1）,在有限的固定容枳中,因测试样品开始吸附气体导致气Hi下降,直到吸附达到平衡.在平衡压力P卜被吸冏的气体境是通入的气体埴与仍然保用为气相的吸附气体量之差。测母系统压力的同时还需测业体枳和温度，在泅吊温度下系统的体枳用1.气标定,标引序号说明；1一圈：2盛行液旗陕拄谢:3真空系统：41.E/Jit；5气体业管：6也和蒸气田管：7吸W气体：8测量自由空间的气体（TI40。S1量法检S1.示MIUKp>2在液滋福度（87.3K）卜通过态容量法测量平雳状态卜玄气分子的吸冏等温质，采用BET多点法进行数据分析,获得石墨烯粉体样品的吸附盘与比表面粗，本文件范围中涉及的I1.型和IV型吸附等湿找以及11型和I里相结合或IV型和I型相结合的吸附等温殴见图2.B2H量和V母等线图以及HfiH1.H量相飨合或VSHQIf1.ffittBttS5试剂或材料5. I氧气：纯度99.995%（体枳分数）.5.2 氮气：纯度99.995%（体积分散）.5.3 氮气：纯度N99.995W体积分数）。5.4 液氨：纯度N99.99g>.6仪IHft备1.1 吸附仪羟校准的基于静态容求法的比表面枳测定的物理吸附仪器均适用.1.2 分析天平精度为0mg.7 MttUia7.1 «£测试过程包括取样'称重、脱气、测定四个步骤.样品的取样及、脱气温度、脱气时间都会影响比表面枳的测试结果.在冽试之前通过实验考察这些因素的最佳值.7.2 m取样量应大于样品的最小取样盘,样品取样量和比走向枳的关系测试示例见附录Co在取样fit大于最小取样量的前提下,取样盘的多少和样品的比表面积相关比表面积大的样品取样盘小,避免过多的取样量使测试时间延长和过少的取样量导致测试误差加大.对于表现海度小的样品,即使取样址很小，也可能会占据较大的样品管体伏，应根据仪器操作说明媒合考虑确定取样量.取样量亢使总表面枳处于10Iriir20m1o表观密度较大的样品可直接取样；表观密度小、易飘洒的样品，直赛实后取样,且选用较大体积的测试样品管.为减免密度小的样品被抽入测试管线,装样量在不超过样品管装样体积的80%,必要时可在样品管内使用脱脂棉或合适的滤芯.i时于拗!有欧小、易飘酒的样品,可根据交际条件选杼除牌电操作，为避免样品拈花样品管壁上，可选用长颈踊斗和细钢丝进行辅助装样。7.3 M称Ji1.清洁、干燥、已脱气（见7.钟弁回填保护性气体的空样M管,记录质Sb精确至0/mg.称麻脱气完成后样品管和样品的总质显.精确至0mg.若同一样品在脱气前后称此时的环境温度变化超过5C,则需对天平进行Hi新校准后再称疑,注I:如果仪器足备填充棒，必要时请在测发过程UI按仪者说明1蚓11填充棒，以微少样吊管的死体枳和物由真空时样品i般儿注2：称再过程威手套操作.注3：保证空样品管脱气屈的I可填气体和笠烧样丛后脱气的网域气体一致.若不一致，按照理想气体状态方程计算出气体所量却饰除，回填保护性气辍常为氯气或氧F7.4 脱气测定前,应通过脱气除去样品表面的物理吸附物质,同时要避免表面发生不可逆的变化.脱气温度应低于样品的热分解,温度脱气温度通过热电分析法考察样品的热稳定性来得到.用热重分析法确定合适脱气温度的测试示例见附录D。高的脱气温度有助于缩短脱气时间。对于般整的样品，也议控制脱气速率与加热速率.加热过程应避免微孔材料结构发生变化.过快的加热速率会导致蒸气剧烈解放，破坏材料脆弱的结构,对非常细小的粉体材料，用小的脱气速率和加热速率能使样品中吸附的水或其他蒸气从孔隙中锋放时防止样品扬析.在合适的脱气温度卜.，脱气时间要保证样M脱气完全.脱气时间由样品诧内的良空度决定，推荐在IK气湿度下样品管内的真空度吊终达到WIPa.用油泵或干泵来脱气时,如果气压稔定不变达15min-30min,则脱气完全，任何情况卜脱气操作的最少时间应健保证得到稳定比我面积，脱气完成后格样品管自然