氧化石墨烯粉體失重率測定 熱重分析法-征求意見稿 編制說明

編制說明（征求意見稿）1面對氧化石墨烯（GO）在熱重分析（TGA）中因高溫分解復(fù)雜而導(dǎo)致的樣粉體失重率測定熱重分析法》的制定項目，并獲得江蘇省顆粒學(xué)會批準，項目））證，結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗，總結(jié)歸納后編制出了《氧化石墨烯粉體失重率測定熱2并形成了題目為“氧化石墨烯粉體失重率測定本文件由江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院（國家石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心（江蘇））、南京工程學(xué)院，江蘇清大際光新材料有限公司等單位負主要成員：王群、區(qū)炳顯、楊永強、陸瑤、熊立斌等。具體位：區(qū)炳顯負⑴遵循滿足用戶需求的原則，根據(jù)氧化石墨烯粉體熱穩(wěn)定性檢測的技術(shù)水平和實際應(yīng)用需求，制定相關(guān)標準，以便檢測人員能夠依照該標準進行操作，⑵保持標準先進性原則，對國外先進標準進行了技術(shù)調(diào)研與分析，部分技⑶與國家標準體系協(xié)調(diào)一致的原則，盡量采用國內(nèi)或國外普遍采用的試驗本文件適用于氧化石墨烯粉體失重率的測定。經(jīng)過處理后可轉(zhuǎn)化為粉體的3Figure1ExampleofaTa)熱重分析儀主要由加熱爐、溫度控制器、4b）坩堝：材質(zhì)耐高溫（＞1000℃),且不與試樣發(fā)生反應(yīng)（含蓋）。環(huán)境溫度：23℃±5℃;濕度：相對濕度不超過65%；環(huán)境中無明顯的機將試樣放入干燥箱，在60℃±5℃下干燥至恒2.71啟動熱重分析儀及其配套設(shè)備，接通保護氣體（氮氣2.73執(zhí)行空白測試，以驗證儀器的基2.74將試樣精確稱量后置于坩堝內(nèi)，樣品體積不得超過坩堝容積的一半。用工a)恒定升溫速率：采用2℃/min-7℃/min的升溫速率，優(yōu)先推薦5b)分段升溫速率：從室溫到300℃采取2℃/），2.75執(zhí)行溫控程序，記錄熱重曲線，并進行至少兩次平行測試以確保結(jié)果的重5Figure2GrapheneoxidethermogravimetricanalysisdiagramwithahFigure3Samplesaftert劇烈變化到0。文獻中曾報道的氧化石墨烯熱重分析在25℃~800℃分別出6現(xiàn)三個明顯的失重過程。在200℃左右時重量70%左右。在300℃左右時，加熱后的氧化的50%左右。當溫度大于600℃,氧化石墨烯分解接近完全，所剩重量逐漸大的區(qū)別。同時，打開本次測試的同步熱分析儀的爐體發(fā)現(xiàn)，在坩堝上的坩為了找出該實驗原因，避免類似實驗對熱分析設(shè)備的損壞，實驗室對加Fig.4FTIRspectraofGObeforeandafterTGAmeasurement為了更準確地理解熱重測試對氧化石墨烯的影響，我們采用FTIR分析說明氧化石墨烯表面吸附大量的水分子。1383cm-1與1229cm-1處的吸收峰分別對應(yīng)的是氧化石墨烯表面官能團化的羧基的C=O和醚基C-O-C的伸縮吸收峰基本消失，說明在熱重測試的加熱過程會破壞氧化石墨烯表面的羧基7處是對應(yīng)水分子的-OH的彎曲振動吸收峰消失，這都說明在熱重測試的加熱Fig.5XRDspectraofGObeforeandafterTGAmeasurement出現(xiàn)在10.7°與42.2°,對應(yīng)的氧化石墨烯（100）和（001）晶面，這些是氧化石墨烯的特征晶面。其中100）晶面的出現(xiàn)于石墨烯氧的含氧官能團而形成的膨脹結(jié)構(gòu)，說明氧化石墨烯已經(jīng)完全剝離。這些含氧官能團能與水分子形成氫鍵，因而氧化石墨烯具有較強的親水性。同時，能夠觀察到熱重測試后樣品在10.7°出現(xiàn)的衍射峰墨烯的（100）晶面能夠容納碳間的含氧官能團的8Fig.6RamanspectraofGObeforeandafterTGAmeasurement變化的。通過計算擬合，ID/IG的值由0.83減少到0.779Fig.7TheSEMmorphologiesofGO(a)beforean墨烯的片狀結(jié)構(gòu)較為緊密，沒有出現(xiàn)明顯的分層（Fig.7a）。氧化石墨烯在氧化過程中所造成的表面缺陷可能是氧化石墨烯表面卷曲的原因。對比掃描電子顯微鏡圖片，發(fā)現(xiàn)熱重測試后的氧化石墨烯出現(xiàn)了松散的片層結(jié)構(gòu)，說氧化石墨烯表面含有大量含氧官能團以及含氧官能團吸附的水。這些含氧官通過以上實驗發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯片層間存在大量水的快速蒸發(fā)是導(dǎo)致熱重測試異常的主要原因。為了避免類似上述氧化石墨烯熱重測試的失敗，就要解決氧化石墨烯樣品短時間內(nèi)片層聚集大量水蒸氣的問題，本文件擬通過降由于片層聚集大量水蒸氣主要發(fā)生在溫度段200℃-300℃,為確保實驗過程正常且高效，本實驗采取了從室溫升至300℃的不同升溫速率策略：的升溫速率時，測試過程均正常進行；然而當升溫速率Figure8Grapheneoxidethermogravimetricanalysisatdif建議采用如下實驗參數(shù)：在從室溫升至300℃的過程中，采用2℃/min至）；的方法已被證實能夠有效避免樣品異常，如圖Figure9Grapheneoxidethermogravigramwithvariabletemperat失重率(%)為進一步驗證本文件方法的再現(xiàn)性，將同一個氧化石墨烯粉體材料在國家石墨烯質(zhì)檢中心、南京工業(yè)大學(xué)、華鑫檢測技術(shù)有限公司，哈爾濱工業(yè)大學(xué)四熱重分析技術(shù)在材料科學(xué)中相對普及，大多數(shù)具備材料研發(fā)設(shè)施的實驗室和公司都配置有相關(guān)設(shè)備。但經(jīng)過我們驗證，采用現(xiàn)有熱重標準體系方法測試氧化石墨烯材料時，由于氧化石墨烯里面含有氧，在受高溫加熱時，其分解的制定專門用于測定氧化石墨烯失重率的標準，將極大地提升科研數(shù)據(jù)的一致性和可靠性，確保不同實驗室間實驗結(jié)果的可比性，促進科學(xué)研究的進步與發(fā)展，減少因方法差異導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏差；同時，這一標準還將加速新材料的技目前，在世界范圍內(nèi)，石墨烯產(chǎn)品的標準化工作和布局都還處于初級發(fā)展盟、