《酸化碳納米管 表面元素及化學(xué)態(tài)測(cè)量方法 X射線光電子能譜》征求意見稿

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

酸化碳納米管表面元素及化學(xué)態(tài)分析方法

X射線光電子能譜

Methodsformeasurementofelementsandchemicalstatesonthesurfaceof

carbonnanotubesX-rayphotoelectronspectroscopy

（征求意見稿）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

T/CSTMXXXXX—2020

引言

本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)提請(qǐng)注意，聲明符合本文件時(shí)，可能涉及到202211513334.X[獲取碳材料表

面元素組成及化學(xué)態(tài)的方法]相關(guān)的專利的使用。

本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)對(duì)于該專利的真實(shí)性、有效性和范圍無任何立場(chǎng)。

該專利持有人已向本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)承諾，他愿意同任何申請(qǐng)人在合理且無歧視的條款和條件

下，就專利授權(quán)許可進(jìn)行談判。該專利持有人的聲明已在本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)備。相關(guān)信息可以通過

以下聯(lián)系方式獲得：

專利持有人姓名：范燕,譚軍,曹英杰,馮松浩

地址：528200廣東省佛山市南海區(qū)桂城街道環(huán)島南路28號(hào)

請(qǐng)注意除上述專利外，本文件的某些內(nèi)容仍可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)

任。

1

T/CSTMXXXXX—2020

酸化碳納米管表面元素及化學(xué)態(tài)分析方法X射線光電子能譜

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了一種XPS分析表征碳納米管表面C元素及化學(xué)態(tài)分析的方法。

本文件適用于碳納米管酸化改性XPS表征分析。

注：一旦擴(kuò)展了適用范圍，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)手段加以確認(rèn)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T33502-2017,表面化學(xué)分析X射線光電子能譜(XPS)數(shù)據(jù)記錄與報(bào)告的規(guī)范要求

GB/T28894-2012,表面化學(xué)分析分析前樣品的處理

GB/T30815-2014,表面化學(xué)分析分析樣品的制備和安裝方法指南

GBT22461-2008表面化學(xué)分析詞匯

3術(shù)語和定義

“本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。”

4引言

將碳納米管進(jìn)行酸化處理,可以增加碳納米管的活性及去除雜質(zhì)。混酸有氧化性,可以在碳納米管表

面接上羥基、羧基等含氧極性基團(tuán),這樣增加了碳納米管在樹脂中的分散性和結(jié)合力,所制得的復(fù)合材料

力學(xué)性能也有有很大提高。XPS廣泛應(yīng)用于碳材料尤其是碳納米管XPS分析過程中，XPS數(shù)據(jù)分析主

觀性強(qiáng)、sp2雜化態(tài)對(duì)應(yīng)C1s譜峰峰形不對(duì)稱以及各化學(xué)態(tài)對(duì)應(yīng)峰位差異相對(duì)較小等因素是導(dǎo)致碳材料

XPS數(shù)據(jù)分析難度高的主要原因。由于缺少碳材料XPS定量分析方法規(guī)范，當(dāng)前在進(jìn)行碳材料XPS分

析過程中很容易對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過度的主觀性擬合，導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果可信度較差。本文件以酸化前碳納米管

C1s譜峰為參考，主要關(guān)注酸化前后碳材料各元素及化學(xué)態(tài)對(duì)應(yīng)含量的變化；并通過對(duì)半峰寬限定以及

同一批次不同樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)范，進(jìn)一步解決XPS表征碳納米管表面元素及化學(xué)

態(tài)定量的準(zhǔn)確表征問題，為碳納米管酸化改性工藝改進(jìn)研究提供技術(shù)保障。

5儀器和設(shè)備

5.1X射線光電子能譜儀（XPS）

1

T/CSTMXXXXX—2020

6試劑和材料

6.1導(dǎo)電碳膠：雙面帶有導(dǎo)電碳粉、真空狀態(tài)放氣量少、具有粘附力的導(dǎo)電膠帶

6.2醫(yī)用剪刀、醫(yī)用鑷子

7樣品

純化前、后碳納米管

8試驗(yàn)步驟后期需要進(jìn)一步修訂

8.1試樣制備

酸化處理后碳納米管樣品制備工藝：

150ml濃度為98%硫酸加入圓底燒瓶并置于冰水浴中攪拌，然后滴加50ml濃度為68%的濃硝酸，加

入200mg原始碳納米管至上述溶液中并攪拌，將圓底燒瓶置于80℃油浴中冷凝回流5h，待混合溶液冷卻

后多次抽濾洗滌至PH≈7，烘干。

取出新鮮制備的原始碳納米管和酸化碳納米管粉末材料，快速壓片并利用導(dǎo)電碳膠將其固定在樣品

臺(tái)上，放置于儀器進(jìn)樣室內(nèi)進(jìn)行預(yù)抽真空；待真空滿足儀器傳樣要求后將其傳送至分析室內(nèi)。

8.2觀察全掃譜圖和各元素高分辨窄掃譜圖確認(rèn)改性前后樣品所含元素及對(duì)應(yīng)含量變化

8.3確認(rèn)C1s所處化學(xué)態(tài)及對(duì)應(yīng)含量變化

a、將改性前碳納米管C1s譜峰峰進(jìn)行擬合，確認(rèn)其峰形擬合具體參數(shù)；

b、觀察改性前后C1s對(duì)比譜圖，確認(rèn)C元素對(duì)應(yīng)化學(xué)態(tài)的大致變化（如觀察是否有明顯的C-C、

C-O、C=O化學(xué)態(tài)的峰形的出現(xiàn)）；

c、以改性前C1s譜圖作為參考譜圖（將改性前碳納米管具體峰形擬合參數(shù)進(jìn)行套用），在此基礎(chǔ)

上結(jié)合材料實(shí)際情況適當(dāng)添加C-C、C-O、C=O化學(xué)態(tài)對(duì)應(yīng)譜峰，對(duì)峰位、半峰寬參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)控制后

自由擬合；觀察改性處理后樣品各化學(xué)態(tài)下C元素含量變化。

注：sp2雜化態(tài)下C1s譜圖峰形結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，采用改性前C1s譜圖作為參考譜圖時(shí)需要將譜峰形狀進(jìn)

行完全復(fù)制（如不對(duì)稱拖尾、半峰寬），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其他化學(xué)態(tài)對(duì)應(yīng)對(duì)稱譜峰的添加。

8.4確認(rèn)其他元素所處化學(xué)態(tài)及對(duì)應(yīng)含量變化

觀察改性前后樣品除碳元素以外其他元素含量、峰位、峰形變化，結(jié)合材料實(shí)際情況對(duì)譜圖進(jìn)行分

峰擬合處理。

8.5驗(yàn)證各元素含量變化趨勢(shì)及化學(xué)態(tài)匹配情況

對(duì)含C元素在內(nèi)的各個(gè)元素對(duì)應(yīng)化學(xué)態(tài)及其含量進(jìn)行分析，確保通過各化學(xué)態(tài)下元素含量變化趨

勢(shì)與樣品實(shí)際情況保持一致

9精密度

2

T/CSTMXXXXX—2020

本文件的精密度已通過試驗(yàn)驗(yàn)證，精密度原始數(shù)據(jù)見附錄B。

化學(xué)態(tài)含量，%重復(fù)性限，r再現(xiàn)性限，R

C1sC=C55.141.722.61

C1sC-C19.430.892.21

C1sC-O3.690.711.14

C1sC=O6.990.741.21

O1sC=O7.670.701.37

O1sC-O7.140.751.18

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：

a）本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)；

b）試樣名稱、編號(hào)、狀態(tài)和來源；

c）測(cè)試結(jié)果；

d）測(cè)試日期；

e）測(cè)定人員。

3

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附錄A

（資料性）

碳納米管的制備

150ml濃度為98%硫酸加入圓底燒瓶并置于冰水浴中攪拌，然后滴加50ml濃度為68%的濃硝酸，加入

200mg原始碳納米管至上述溶液中并攪拌，將圓底燒瓶置于80℃油浴中冷凝回流5h，待混合溶液冷卻后

多次抽濾洗滌至PH≈7，烘干。

4

T/CSTMXXXXX—2020

附錄B

（資料性）

精密度原始數(shù)據(jù)

HNO3處理后碳納米管各化學(xué)態(tài)對(duì)應(yīng)元素相對(duì)原子百分含量（Atm%）為：

數(shù)組編號(hào)12345678

組內(nèi)數(shù)據(jù)1212121212121212

編號(hào)

C1sC=C56.4055.1755.2854.3455.8555.7155.4956.0156.4053.4053.8454.3954.3754.2454.9256.39

C1sC-C20.6620.7319.5919.3718.0120.9918.4318.3220.6619.4918.9819.4418.9519.6018.9918.65

C1sC-O3.643.713.703.333.183.793.263.063.644.463.574.014.134.153.883.59

C1sC=O6.106.706.667.487.246.297.156.936.107.307.827.207.027.057.026.78

O1sC=O6.757.097.717.917.796.958.008.146.757.958.257.948.197.698.007.63

O1sC-O6.446.607.077.577.926.277.677.536.447.407.547.027.347.277.196.96

5

T/CSTMXXXXX—2020

附錄C

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：季華實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、廣東工業(yè)大學(xué)

本文件主要起草人：范燕、卓尚軍、李林清、嚴(yán)楷、曹英杰、譚曉逸、張濱、譚軍

6

T/CSTMXXXXX—2020

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T/CSTMXXXXX—2020

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_________________________________

8

T/CSTMXXXXX—2020

前??言

本文件參照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T20001.4

《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。

本文件由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC98）提出。

本文件由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域技術(shù)委員會(huì)（CSTM/FC98/TC02）歸口。

I

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酸化碳納米管表面元素及化學(xué)態(tài)分析方法X射線光電子能譜

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了一種XPS分析表征碳納米管表面C元素及化學(xué)態(tài)分析的方法。

本文件適用于碳納米管酸化改性XPS表征分析。

注：一旦擴(kuò)展了適用范圍，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)手段加以確認(rèn)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T33502-2017,表面化學(xué)分析X射線光電子能譜(XPS)數(shù)據(jù)記錄與報(bào)告的規(guī)范要求

GB/T28894-2012,表面化學(xué)分析分析前樣品的處理

GB/T30815-2014,表面化學(xué)分析分析樣品的制備和安裝方法指南

GBT22461-2008表面化學(xué)分析詞匯

3術(shù)語和定義

“本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。”

4引言

將碳納米管進(jìn)行酸化處理,可以增加碳納米管的活性及去除雜質(zhì)?；焖嵊醒趸?可以在碳納米管表

面接上羥基、羧基等含氧極性基團(tuán),這樣增加了碳納米管在樹脂中的分散性和結(jié)合力,所制得的復(fù)合材料

力學(xué)性能也有有很大提高。XPS廣泛應(yīng)用于碳材料尤其是碳納米管XPS分析過程中，XPS數(shù)據(jù)分析主

觀性強(qiáng)、sp2雜化