T-CGIA 006.2-2024 石墨烯材料 特性參數(shù)與測(cè)試方法 第2部分：粉體與漿料

—PartCharacteristicsandtest中關(guān)村華清石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布 II IV 1 1 1 定過程中的草案聯(lián)盟擁有本文件的著作權(quán)，受《中華人民共和國(guó)著作權(quán)法情形或事先得到聯(lián)盟書面許可外，任何組織和個(gè)人不得以任何理由進(jìn)行復(fù)制、銷售、傳播本文件，或抄襲、歪曲本文件等侵權(quán)行為，否則，行為人應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的民事、行政責(zé)任，構(gòu)成犯罪的，將依法追凡利用本文件進(jìn)行或支持貿(mào)易、認(rèn)證等商業(yè)活動(dòng)，應(yīng)事先購(gòu)買正式文本或得到聯(lián)盟書面授權(quán)。購(gòu)聯(lián)系人：戴石鋒，聯(lián)系電話聯(lián)系郵箱：standard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》的規(guī)請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、東華工程科技股份有限公司、廈門凱納石墨烯技術(shù)股份有限公司、廈門斯研新材料技術(shù)有限公司、山東利特納米技術(shù)有限公司、濟(jì)南大學(xué)、連云港市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心、寧夏墨工科技有限公司、南京大學(xué)、華僑大學(xué)、北京市科學(xué)技術(shù)研究院分析測(cè)試研究所（北京市理化分析測(cè)（國(guó)家石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（廣東、北京阿德邁新材料有限公司、南通長(zhǎng)江石墨烯科技有本文件參與起草單位：常州第六元素材料科技股份有限公司、江蘇清大際光新材料有限公司、德陽(yáng)烯碳科技有限公司、暖鋒科技（深圳）有限公司、北京美斯頓科技開發(fā)有限公司、北京新希望科技本文件主要起草人：劉兆平、戴石鋒、黃永鋼、方崇卿、王研、洪江楊麗莉、安曉君、劉偉麗、劉益慶、王學(xué)斌、李賀、馬琛、董晶晶、霍珊、于勇勇、楊吉、劉同浩、劉彥軍、高華、王良旺、杜永紅、白書明、白云、李賀、譚金黎、宋靜雅、陳杰、孫清友、李雨宸、石墨烯材料具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)及超大比表面積等特性。經(jīng)過十多年的產(chǎn)業(yè)化努工等眾多領(lǐng)域取得了顯著的應(yīng)用成果，市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)。隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入新階段，石墨烯材料的質(zhì)量評(píng)價(jià)與全面精準(zhǔn)管控已成為上下游企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)和需求。制定石墨烯相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái)（國(guó)已發(fā)布了包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的各級(jí)石墨烯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)133項(xiàng)。這些標(biāo)準(zhǔn)主要涵蓋了石墨烯材料的系列測(cè)試方法和以石墨烯材料為功能的相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。但石墨烯材料的特性參數(shù)表征標(biāo)準(zhǔn)尚處于空白，導(dǎo)致石墨烯材料制造企業(yè)只能根據(jù)自身對(duì)石墨烯材料的認(rèn)知烯材料的特性參數(shù)表征標(biāo)準(zhǔn)尚處于空白，導(dǎo)致石墨烯材料制造企業(yè)只能根據(jù)自身對(duì)石墨烯材料的認(rèn)知和理解，選擇幾項(xiàng)甚至是非核心的特性參數(shù)來表征石墨烯材料。國(guó)際上IEC/TC113“電子電工產(chǎn)品和系統(tǒng)領(lǐng)域納米技術(shù)”委員會(huì)于2014年啟動(dòng)了IEC62565-3-1'Nanomanufacturing—Material料各種形態(tài)的眾多特性參數(shù)以及推薦的測(cè)試技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)，但未規(guī)定任何參數(shù)的具體要求值。這種標(biāo)準(zhǔn)化文件（BDS文件）在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織內(nèi)是常見的，反映了新材料在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期標(biāo)準(zhǔn)制定的思路和策準(zhǔn)制定思路，在國(guó)內(nèi)建立一套表征石墨烯材料（含薄膜、粉體、漿料等）的標(biāo)準(zhǔn)已成為石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)模式進(jìn)行分類表征。上下游企業(yè)根據(jù)具體使用場(chǎng)景協(xié)商選擇合適的參數(shù)內(nèi)容，并通過持續(xù)的雙向反饋，1本文件規(guī)定了石墨烯粉體和漿料的特征性能參數(shù)（簡(jiǎn)稱特性法。根據(jù)石墨烯材料的共性表征特性以及在不同應(yīng)用領(lǐng)域有不同的技術(shù)要求，采用1+N+X表征法，其——N是指除層數(shù)之外的若干必要參數(shù)，即石墨烯材料制造企業(yè)在石墨烯材料生產(chǎn)工藝定型時(shí)應(yīng)——X為若干可選參數(shù)，是供需雙方根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，可能需要進(jìn)一步開展材料質(zhì)量檢測(cè)或性石墨烯粉體應(yīng)按照表1和表2中的全部參數(shù)以及表范圍。對(duì)于石墨烯漿料，應(yīng)按照表1、表2和表3中的全部參數(shù)以及表4中適用的可選參數(shù)，主動(dòng)報(bào)本文件中列出的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)供參考，供需雙方也可根據(jù)協(xié)商選擇其它合適的方法作為特本文件適用于石墨烯企業(yè)在石墨烯材料的研究開發(fā)、型式試驗(yàn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定以及上下游企業(yè)合下列文件中的內(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（包括所有的修改單位）適用23.5石墨烯漿料graphene注1：如漿料中分散有其他固體不溶物，如碳納米管等，其含量應(yīng)顯著小于石墨烯片含量。否則，不應(yīng)稱為石墨烯石墨烯材料在常規(guī)生產(chǎn)工藝條件制造時(shí)表現(xiàn)出的特性參數(shù)值，由原材料、工藝路線、后處理等多注1：石墨烯材料在不同的生產(chǎn)工藝路線下會(huì)表現(xiàn)出不同的典型值。例如，采用氧化法和液相剝離法生產(chǎn)的石墨烯注2：企業(yè)主動(dòng)提供石墨烯材料基礎(chǔ)特性的典型值，對(duì)于下游應(yīng)用客戶了解和認(rèn)知石墨烯材料具有一定的注3：典型值不等同于要求值。針對(duì)客戶特定需求，石墨烯材料的要求值可能偏離常規(guī)的典型值，這根據(jù)石墨烯材料的特性屬性，基礎(chǔ)參數(shù)主要指石墨烯材料的基本物性和本征性質(zhì)，這些參數(shù)反映了石墨烯材料的基本質(zhì)量；附加參數(shù)是為了細(xì)化研究材料而考察的微觀特性參數(shù)，或與應(yīng)用領(lǐng)域緊密由于不同的制備工藝會(huì)產(chǎn)生不同特征的石墨烯材料，對(duì)于某些特性參數(shù)，可能僅適用于表征某種特定工藝制備的石墨烯材料，而不適用于其他制備工藝生產(chǎn)的石墨烯材料。例如，C/O比值通常適用材料是否石墨烯材料是石墨烯應(yīng)用企業(yè)關(guān)心的核心技術(shù)問題，是所有石墨烯材料企業(yè)首要回答和報(bào)告的基礎(chǔ)信息。表1中列出的信息和參數(shù)是用于判定該材料是否是石墨烯材料，這是最基礎(chǔ)的信息材料名稱---制備工藝---石墨烯--層數(shù)或建議用TEM、AFM、XRD等多種4表2列出的是石墨烯粉體的必要物理特征和化學(xué)性質(zhì)參數(shù)，是材料表征中常規(guī)的參數(shù)信息。該系-- 通常氧化石墨烯為棕色或褐色，其他種類的石墨烯材%元素分析儀- 粒度分析儀---元素分析通常為氧、硫、氮、氫、氯、氟、溴等元素。企業(yè)可根據(jù)材料的制備工藝特點(diǎn)或擬應(yīng)用的領(lǐng)域，選擇測(cè)試分g、g通常為鈉、鋁、鉀、鈣、鉻、鎂、鐵、鋅、鎳、鉛等元素。企業(yè)可根據(jù)材料的制備工藝特點(diǎn)或擬應(yīng)用的領(lǐng)-石墨烯漿料的必要參數(shù)包括粉體的必要參數(shù)（見表2，表觀密度除外）和漿料的特定必要參數(shù)，5%-%-----s-- --6--比表面積、試的比表面積值明顯低于理論值，不適用于測(cè)試石墨烯材料的比表面積。然而，對(duì)于表面具有多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯材料，如還原氧化石墨烯粉體和氧化石墨烯粉體，BET法測(cè)試熱重法、灼燒法 干燥減量法、%在105℃下存在除水分之外的其它化學(xué)成分%---如Fe、Cr、Ni、Zn、Co等，應(yīng)用于電池時(shí)-----表面吸附亞甲-亞甲基藍(lán)吸附法 -° -四探針法、范-- -----7K-- 1石墨烯的層數(shù)是指碳原子以單層或多層排列形成的片層結(jié)構(gòu)的數(shù)量?，F(xiàn)階段，關(guān)于層數(shù)測(cè)試是一個(gè)難題，尚無有效的技術(shù)方法。目前使用一些微觀方法定性判2本征石墨烯粉體通常是黑色或深灰色的粉末、石墨烯漿料的外觀是黑色或深灰色的流動(dòng)性液體或凝膠狀物質(zhì)；氧化石墨烯粉體通常為棕褐色或黃褐色的粉末、氧化石墨烯漿料則是呈現(xiàn)棕褐色或黃褐色的流動(dòng)性34也稱為橫向尺寸，指的是石墨烯在平面上的寬度或直徑5比表面積指單位質(zhì)量石墨烯材料所具有的表面積，通常用平方米每克（m2/g）來表示。參數(shù)對(duì)于石墨烯的許多應(yīng)用至關(guān)重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)6粒徑分布描述其顆粒大小范圍及各個(gè)大小顆粒所占比例的一種方式，對(duì)于理解和利用石墨烯的物理、化學(xué)性質(zhì)以及在各種應(yīng)用中的表現(xiàn)至關(guān)重要。粒徑分布直接影響石墨7石墨烯樣品中碳元素和氧元素的比例。這個(gè)比值可以用8表觀密度9導(dǎo)電性能是石墨烯材料的重要本征參數(shù)之一，其性導(dǎo)熱性能是石墨烯材料的重要本征參數(shù)之一，其性熱穩(wěn)定性缺陷密度指石墨烯粉體或漿料在完全燃燒或高溫下分解后剩余的無機(jī)物質(zhì)?；曳值暮渴窃u(píng)估石墨烯粉體純度的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了非碳元素的含量，如金屬離子、硅、硫等元素的鹽類或氧化物。測(cè)量石墨烯樣品中的灰分通常需要將樣品在高溫下進(jìn)行燃燒或氧化，將非碳元素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)或殘留固體，然后通過稱量殘余物質(zhì)振實(shí)密度指在一定條件下，石墨烯粉體經(jīng)過振動(dòng)后所達(dá)到的密度。振實(shí)密度不僅反映了石墨烯粉體的堆積密度，還能間接表征其孔隙率、顆粒大小分布以及顆粒形態(tài)等物通常用于描述材料的孔隙度（porosity指的是材料孔隙體積與材料總體積的比官能團(tuán)對(duì)石墨烯表面化學(xué)官能團(tuán)的鑒定和定量，這對(duì)于理解石墨烯的化學(xué)性質(zhì)、可加工性、以及與其他材料的相容性極為重要?？墒褂肍TIR識(shí)別石墨烯表面官能團(tuán)的特定振動(dòng)模式，鑒定出不同的化學(xué)官能團(tuán)；XPS提供石墨烯表面元素的化學(xué)狀態(tài)信息，從而分析官能團(tuán)的類型和含量；對(duì)于有機(jī)官能團(tuán)修飾的石墨烯，NMR可以衡量石墨烯粉體表面親水性或疏水性的重要參數(shù)。對(duì)于石墨烯這種二維材料，接觸角的測(cè)量可以揭示其表面能、表面改性后的性質(zhì)，以及其在各種應(yīng)用中的潛在指石墨烯粉末能吸收并保持其自身重量一定比例的油類物質(zhì)（通常是特定類型的油）的能力。吸油值反映了粉體材料的表面特性和孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的加工性指在特定條件下，石墨烯粉末由于外部因素（如火源、高溫、靜電等）引起的快速反應(yīng)能力，這種反應(yīng)通常伴隨著熱量和氣體的迅速釋放，可能導(dǎo)致壓力的急劇增加，從而引發(fā)爆炸。使用如最小引爆能量（MIE）、值粉末電特定于粉末狀材料的一個(gè)參數(shù)，它考慮了材料顆粒間的接觸電阻以及顆粒內(nèi)部的電阻。在石墨烯粉體中，粉末電阻率不僅受到單個(gè)石墨烯體積電阻[1]ASTMD6980-17StandardTestMethodf[9]GB/T6283-2008化工產(chǎn)品中水分含[20]GB/T36065-2018納米技術(shù)[22]GB/T40069-2021納[23]GB/T41067-2021納米技術(shù)石[24]GB/T41316-2022/ISO/TR[26]GB/T38114納米技術(shù)