T-CGIA 006.2-2024 石墨烯材料 特性参数与测试方法 第2部分：粉体与浆料

—PartCharacteristicsandtest中关村华清石墨烯产业技术创新联盟发布 II IV 1 1 1 定过程中的草案联盟拥有本文件的著作权，受《中华人民共和国著作权法情形或事先得到联盟书面许可外，任何组织和个人不得以任何理由进行复制、销售、传播本文件，或抄袭、歪曲本文件等侵权行为，否则，行为人应承担相应的民事、行政责任，构成犯罪的，将依法追凡利用本文件进行或支持贸易、认证等商业活动，应事先购买正式文本或得到联盟书面授权。购联系人：戴石锋，联系电话联系邮箱：standard本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的产业技术创新联盟、东华工程科技股份有限公司、厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司、厦门斯研新材料技术有限公司、山东利特纳米技术有限公司、济南大学、连云港市食品药品检验检测中心、宁夏墨工科技有限公司、南京大学、华侨大学、北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测（国家石墨烯产品质量检验检测中心（广东、北京阿德迈新材料有限公司、南通长江石墨烯科技有本文件参与起草单位：常州第六元素材料科技股份有限公司、江苏清大际光新材料有限公司、德阳烯碳科技有限公司、暖锋科技（深圳）有限公司、北京美斯顿科技开发有限公司、北京新希望科技本文件主要起草人：刘兆平、戴石锋、黄永钢、方崇卿、王研、洪江杨丽莉、安晓君、刘伟丽、刘益庆、王学斌、李贺、马琛、董晶晶、霍珊、于勇勇、杨吉、刘同浩、刘彦军、高华、王良旺、杜永红、白书明、白云、李贺、谭金黎、宋静雅、陈杰、孙清友、李雨宸、石墨烯材料具有优异的光学、电学、力学、热学及超大比表面积等特性。经过十多年的产业化努工等众多领域取得了显著的应用成果，市场规模逐年增长。随着石墨烯产业化进入新阶段，石墨烯材料的质量评价与全面精准管控已成为上下游企业共同关注的焦点和需求。制定石墨烯相关技术标准是根据全国标准信息公共服务平台（国已发布了包括国家标准、行业标准、地方标准和团体标准在内的各级石墨烯相关标准共计133项。这些标准主要涵盖了石墨烯材料的系列测试方法和以石墨烯材料为功能的相关应用产品标准。但石墨烯材料的特性参数表征标准尚处于空白，导致石墨烯材料制造企业只能根据自身对石墨烯材料的认知烯材料的特性参数表征标准尚处于空白，导致石墨烯材料制造企业只能根据自身对石墨烯材料的认知和理解，选择几项甚至是非核心的特性参数来表征石墨烯材料。国际上IEC/TC113“电子电工产品和系统领域纳米技术”委员会于2014年启动了IEC62565-3-1'Nanomanufacturing—Material料各种形态的众多特性参数以及推荐的测试技术或标准，但未规定任何参数的具体要求值。这种标准化文件（BDS文件）在国际标准组织内是常见的，反映了新材料在产业发展初期标准制定的思路和策准制定思路，在国内建立一套表征石墨烯材料（含薄膜、粉体、浆料等）的标准已成为石墨烯产业发模式进行分类表征。上下游企业根据具体使用场景协商选择合适的参数内容，并通过持续的双向反馈，1本文件规定了石墨烯粉体和浆料的特征性能参数（简称特性法。根据石墨烯材料的共性表征特性以及在不同应用领域有不同的技术要求，采用1+N+X表征法，其——N是指除层数之外的若干必要参数，即石墨烯材料制造企业在石墨烯材料生产工艺定型时应——X为若干可选参数，是供需双方根据具体应用场景，可能需要进一步开展材料质量检测或性石墨烯粉体应按照表1和表2中的全部参数以及表范围。对于石墨烯浆料，应按照表1、表2和表3中的全部参数以及表4中适用的可选参数，主动报本文件中列出的测试技术和测试标准供参考，供需双方也可根据协商选择其它合适的方法作为特本文件适用于石墨烯企业在石墨烯材料的研究开发、型式试验、企业标准制定以及上下游企业合下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款，其中注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单位）适用23.5石墨烯浆料graphene注1：如浆料中分散有其他固体不溶物，如碳纳米管等，其含量应显著小于石墨烯片含量。否则，不应称为石墨烯石墨烯材料在常规生产工艺条件制造时表现出的特性参数值，由原材料、工艺路线、后处理等多注1：石墨烯材料在不同的生产工艺路线下会表现出不同的典型值。例如，采用氧化法和液相剥离法生产的石墨烯注2：企业主动提供石墨烯材料基础特性的典型值，对于下游应用客户了解和认知石墨烯材料具有一定的注3：典型值不等同于要求值。针对客户特定需求，石墨烯材料的要求值可能偏离常规的典型值，这根据石墨烯材料的特性属性，基础参数主要指石墨烯材料的基本物性和本征性质，这些参数反映了石墨烯材料的基本质量；附加参数是为了细化研究材料而考察的微观特性参数，或与应用领域紧密由于不同的制备工艺会产生不同特征的石墨烯材料，对于某些特性参数，可能仅适用于表征某种特定工艺制备的石墨烯材料，而不适用于其他制备工艺生产的石墨烯材料。例如，C/O比值通常适用材料是否石墨烯材料是石墨烯应用企业关心的核心技术问题，是所有石墨烯材料企业首要回答和报告的基础信息。表1中列出的信息和参数是用于判定该材料是否是石墨烯材料，这是最基础的信息材料名称---制备工艺---石墨烯--层数或建议用TEM、AFM、XRD等多种4表2列出的是石墨烯粉体的必要物理特征和化学性质参数，是材料表征中常规的参数信息。该系-- 通常氧化石墨烯为棕色或褐色，其他种类的石墨烯材%元素分析仪- 粒度分析仪---元素分析通常为氧、硫、氮、氢、氯、氟、溴等元素。企业可根据材料的制备工艺特点或拟应用的领域，选择测试分g、g通常为钠、铝、钾、钙、铬、镁、铁、锌、镍、铅等元素。企业可根据材料的制备工艺特点或拟应用的领-石墨烯浆料的必要参数包括粉体的必要参数（见表2，表观密度除外）和浆料的特定必要参数，5%-%-----s-- --6--比表面积、试的比表面积值明显低于理论值，不适用于测试石墨烯材料的比表面积。然而，对于表面具有多孔结构的石墨烯材料，如还原氧化石墨烯粉体和氧化石墨烯粉体，BET法测试热重法、灼烧法 干燥减量法、%在105℃下存在除水分之外的其它化学成分%---如Fe、Cr、Ni、Zn、Co等，应用于电池时-----表面吸附亚甲-亚甲基蓝吸附法 -° -四探针法、范-- -----7K-- 1石墨烯的层数是指碳原子以单层或多层排列形成的片层结构的数量。现阶段，关于层数测试是一个难题，尚无有效的技术方法。目前使用一些微观方法定性判2本征石墨烯粉体通常是黑色或深灰色的粉末、石墨烯浆料的外观是黑色或深灰色的流动性液体或凝胶状物质；氧化石墨烯粉体通常为棕褐色或黄褐色的粉末、氧化石墨烯浆料则是呈现棕褐色或黄褐色的流动性34也称为横向尺寸，指的是石墨烯在平面上的宽度或直径5比表面积指单位质量石墨烯材料所具有的表面积，通常用平方米每克（m²/g）来表示。参数对于石墨烯的许多应用至关重要，因为它直接关6粒径分布描述其颗粒大小范围及各个大小颗粒所占比例的一种方式，对于理解和利用石墨烯的物理、化学性质以及在各种应用中的表现至关重要。粒径分布直接影响石墨7石墨烯样品中碳元素和氧元素的比例。这个比值可以用8表观密度9导电性能是石墨烯材料的重要本征参数之一，其性导热性能是石墨烯材料的重要本征参数之一，其性热稳定性缺陷密度指石墨烯粉体或浆料在完全燃烧或高温下分解后剩余的无机物质。灰分的含量是评估石墨烯粉体纯度的一个重要指标，反映了非碳元素的含量，如金属离子、硅、硫等元素的盐类或氧化物。测量石墨烯样品中的灰分通常需要将样品在高温下进行燃烧或氧化，将非碳元素转化为气态或残留固体，然后通过称量残余物质振实密度指在一定条件下，石墨烯粉体经过振动后所达到的密度。振实密度不仅反映了石墨烯粉体的堆积密度，还能间接表征其孔隙率、颗粒大小分布以及颗粒形态等物通常用于描述材料的孔隙度（porosity指的是材料孔隙体积与材料总体积的比官能团对石墨烯表面化学官能团的鉴定和定量，这对于理解石墨烯的化学性质、可加工性、以及与其他材料的相容性极为重要。可使用FTIR识别石墨烯表面官能团的特定振动模式，鉴定出不同的化学官能团；XPS提供石墨烯表面元素的化学状态信息，从而分析官能团的类型和含量；对于有机官能团修饰的石墨烯，NMR可以衡量石墨烯粉体表面亲水性或疏水性的重要参数。对于石墨烯这种二维材料，接触角的测量可以揭示其表面能、表面改性后的性质，以及其在各种应用中的潜在指石墨烯粉末能吸收并保持其自身重量一定比例的油类物质（通常是特定类型的油）的能力。吸油值反映了粉体材料的表面特性和孔隙结构，对材料的加工性指在特定条件下，石墨烯粉末由于外部因素（如火源、高温、静电等）引起的快速反应能力，这种反应通常伴随着热量和气体的迅速释放，可能导致压力的急剧增加，从而引发爆炸。使用如最小引爆能量（MIE）、值粉末电特定于粉末状材料的一个参数，它考虑了材料颗粒间的接触电阻以及颗粒内部的电阻。在石墨烯粉体中，粉末电阻率不仅受到单个石墨烯体积电阻[1]ASTMD6980-17StandardTestMethodf[9]GB/T6283-2008化工产品中水分含[20]GB/T36065-2018纳米技术[22]GB/T40069-2021纳[23]GB/T41067-2021纳米技术石[24]GB/T41316-2022/ISO/TR[26]GB/T38114纳米技术