石墨烯粉体电导率的测定(编制说明)

广东省特种设备行业协会团体标准石墨烯粉体电导率的测定编制说明石墨烯粉体电导率的测定标准编制小组二 O 二 O 年三月广东省特种设备行业协会团体标准石墨烯粉体电导率的测定 编制说明一、标准制定的目的和意义石墨烯是由单层碳原子构成的二维平面结构材料，其具有优异的电学性质， 石墨烯的理论电导率为106S/m，电子传输特性好，是目前发现的室温下导电性 最好的材料，在超级电容器、太阳能电池、石墨烯电池、光电器件等领域已呈现 良好的应用前景。石墨烯作为我国新材料产业 “十三五 ”发展规划中前沿新材 料的重点发展对象， 在政府和国家的大力扶持下， 得到了长足发展。 目前我国在 石墨烯粉体的生产上已经初具规模， 随着石墨烯粉体生产商的增加， 批量化生产 的能力逐年提升， 市场上的石墨烯粉体逐渐增多。 但目前仍然没有统一的石墨烯 粉体电导率的测定方法， 因此亟需研制出一种稳定可靠的石墨烯粉体电导率检测 标准。制定快速、简洁和准确的石墨烯粉体电导率测定方法， 不仅可以准确测定石 墨烯电导率指标， 而且可以填补国内行业标准的空白， 对于使用单位和检测机构 具有重要意义和作用，能为石墨烯粉体的生产和应用提供技术支撑。二、标准的任务来源及参与单位2020年 3月，广州特种承压设备检测研究院向广东省特种设备行业协会提 出了制定广东省特种设备行业协会团体标准 石墨烯粉体电导率的测定 的项目 申请，同时开始该标准的研究制定工作， 在组织上拟定了相关的措施， 在技术方 面进行了前期的准备。2020年3月，广东省特种设备行业协会下达了该项目的制定计划任务，详 见广东省特种设备行业协会团体标准 散热膜导热散热性能的测定 等立项公 告（粤特协 202011 号）。本标准由广州特种承压设备检测研究院、 深圳粤网节能技术服务有限公司、 广东源烯新材料科技有限公司等单位联合提出和起草， 由广东省特种设备行业协 会归口。三、标准的编制过程2018年 3 月，广州特种承压设备检测研究院尹宗杰、刘斌等人对石墨烯粉 体电导率测定的标准化流程进行梳理， 开展了相关预研工作。 经过广泛收集整理 有关的国内外标准信息和文献资料， 召开多次讨论会， 深入进行探讨， 初步形成 了标准的大纲， 随后，广州特种承压设备检测研究院成立标准编制起草小组， 并 召开第一次工作会议， 进行标准逻辑结构进行分析并确定标准框架； 对本标准及 所需涵盖涉及的要素及其内容相关方面展开讨论， 对本标准实施的可行性进行分 析，确定了工作进度时间表，并对标准起草的任务进行分工。 2019年 10 月，申 请广东省特种设备行业协会团体标准立项。 2020 年 3 月，广东省特种设备行业 协会下达了该项目的立项公告。(1) 2018年1月2月，成立标准制定工作组，确定标准的制定计划、制 定原则、标准框架和基本内容。(2) 2018年 3 月4月，起草小组对石墨烯粉体电导率检测方法进行研究， 查阅了国外有关石墨烯粉体电导率的检测方法。(3) 2018年5月6月，对调研资料及研究成果进行分析汇总，通过实验 室验证、试验，起草小组编制了团体标准的初稿， 并对方法进行了多次试验评定， 针对验证试验中发现的问题对规范进行了多次修改完善。( 4) 2018 年 7 月 12 月，组织比对试验，整理相关资料形成企业标准审 定稿，并在 12 月份完成企业标准审定，并正式发布。(4) 2020年1-3月，申请将企业标准转化为省特协团体标准，获得立项， 在企业标准基础上形成征求意见稿并编写编制说明等材料，申请广泛征求意见。四、标准的编制原则本标准的编制遵循以下原则：本标准由广州特种承压设备检测研究院、 深圳粤网节能技术服务有限公司、 广东源烯新材料科技有限公司等单位联合提出和起草，由广东省特种设备行业协 会归口。三、标准的编制过程2018年3月，广州特种承压设备检测研究院尹宗杰、刘斌等人对石墨烯粉 体电导率测定的标准化流程进行梳理， 开展了相关预研工作。经过广泛收集整理 有关的国内外标准信息和文献资料，召开多次讨论会，深入进行探讨，初步形成 了标准的大纲，随后，广州特种承压设备检测研究院成立标准编制起草小组，并召开第一次工作会议，进行标准逻辑结构进行分析并确定标准框架； 对本标准及 所需涵盖涉及的要素及其内容相关方面展开讨论，对本标准实施的可行性进行分 析，确定了工作进度时间表，并对标准起草的任务进行分工。2019年10月，申请广东省特种设备行业协会团体标准立项。2020年3月，广东省特种设备行业协会下达了该项目的立项公告。(1) 2018年1月2月，成立标准制定工作组，确定标准的制定计划、制 定原则、标准框架和基本内容。(2) 2018年3月4月，起草小组对石墨烯粉体电导率检测方法进行研究， 查阅了国外有关石墨烯粉体电导率的检测方法。(3) 2018年5月6月，对调研资料及研究成果进行分析汇总，通过实验 室验证、试验，起草小组编制了团体标准的初稿，并对方法进行了多次试验评定， 针对验证试验中发现的问题对规范进行了多次修改完善。(4) 2018年7月12月，组织比对试验，整理相关资料形成企业标准审 定稿，并在12月份完成企业标准审定，并正式发布。(4) 2020年仁3月，申请将企业标准转化为省特协团体标准，获得立项， 在企业标准基础上形成征求意见稿并编写编制说明等材料，申请广泛征求意见。四、标准的编制原则本标准的编制遵循以下原则:对测定方法的原理进行了说明。 本标准以用四根排列成一直线的等间距探针 垂直压在压实后的试样表面上，探针 1、4接直流恒流电源并通电流I，探针2、 3接数字电压表测量两端电压 V，就可以准确求出试样电阻率。并给出了试验所 用石墨烯粉体电导仪结构示意图， 其中电压表和电流表所连接的四根探针间距为 2.5 mm,设备在测试过程中会根据样品高度对测试结果进行自动修正。5）试验仪器与设备 对测试过程中需要的仪器及规格作了要求，包括粉体电导仪、真空干燥箱、分析天平等。对粉体电导仪的探针装置的材质进行了规定， 采用镀金铜合金， 较适合于粉 体材料。其它技术要求参照 GB/T 26074-2010中343:包括直径0.5 mm或0.8 mm 左右，探针针尖压痕的线度必须小于 100 um探针间的绝缘电阻大于103MQ。对粉体电导仪的探针装置的直流恒流电源进行了规定，量程含0.1uA10 uA 100 A，1 mA，10 mA，100 mA，1 A，使用范围更广，误差小于 ±）.2%。对粉体电导仪的探针装置的数字电压表进行了规定， 能测量 10 mV100 mV 的电压，误差小于 ±0.5%。仪表的输入阻抗应大于试样体电阻加试样与探针间的 接触电阻三个数量级以上。粉体电导仪的压片装置能提供不小于 20 MPa的压力；样品标准容器的尺寸 为内径11.28 mm，总高度20 mm。真空干燥箱的控温范围为室温200C，真空度133 Pa；分析天平的精密度 为 0.1mg。6）试样本部分对标准测试所用 石墨烯粉体的预处理作了要求和规定。 选择 110C±TC作为烘干 温度是因为石 墨烯的 热解温度一般 为300C以上，在 110C±TC温度范围内烘干：一是不会破坏石墨烯的内部结构；二是可以使石墨 烯粉体中的水分以及其它溶剂较快挥发。从图1中的TGA测试可以发现，石墨烯粉体在100C之后的质量损失为水分挥发，在 300 C之后才开始发生分解，造 成快速的质量损失，因此选择110C±5C作为干燥温度较为合理。ICII- nuLdui 尊处祀 I jjii-ui 丄Ki I iIuliitui. J UQ0-*0l.J302d2fflM)|JDQ|- nphcrE' I .MM UM llil 回i防gik 3G刃JM)I602Q-iooi 贮«lawi4ioLtaiwml V43A TA InMunte7）试验过程该部分为标准的主要部分，本部分对试验环境、试验步骤作了规定和要求， 从试验环境、粉体电导仪的预热和清洁、试样的称取和加料到粉体电导仪电流的 选择、施压过程及试验记录等均进行了详细的阐述。7.1对试验环境作了要求，试验环境为：温度 23C±C,相对湿度V 70%。7.2对试验步骤作了要求。7.2.1要求粉体电导仪的预热时间不少于 30min，以达到最佳使用状态。7.2.2是对石墨烯粉体的称样量要求：称取三组适量样品（样品体积要略大 于1cm3），标准容器调节后的高度为10 mr± 0.1 mm，面积为1cm2，即体积为 1cm3,这样可保证样品能够填满标准容器；每组质量相差不超过±5%，以保证试验的重复性，因为测试时厚度对石墨烯粉体电导率结果有影响。7.2.3是对设备样品接触面的清洁操作：使用分析纯的无水乙醇擦拭压片装 置上下压杆与样品相接触的面，及样品标准容器内侧三次，保证样品在测量过程 中不会受到污染，自然晾干12min备用，此时无水乙醇已经完全挥发。7.2.4是石墨烯粉体电导率测试过程的加样操作：转动上压杆手轮，调节高 度至10 mn±0.1 mm，缓慢加入样品至标准容器，然后稍微压实、压平，再用刷 子扫净容腔边缘台面上多余样品，清洁台面。7.2.5是根据样品的电阻率范围确定电流大小。目前市场上大部分的四探针测试仪都具有自动选择电流量程的功能， 为提高标准适用性，给出电阻率和电流 量程的对应关系，此表主要是测试的经验数据。7.2.6对施压过程及试验记录进行了规定。施加压力值包括2MPa、4MPa、凶0807)mc - P率阻电468压强(MPa)10 12040302阻电24681012压强(MPa)药O6MPa、8MPa、10MPa、12MPa，通过试验发现，当压强达到12MPa时，石墨烯 粉体样品的厚度(即设备显示的高度)变化已经很小，且测得的电阻率的变化速 率基本稳定，部分试验结果如表1所示：表1石墨烯高度和电阻率随压强的变化压强(MPa)组别/项目24681012例1高度(mm)3.132.432.061.791.571.39电阻率(cm)0.08360.04950.03640.02860.02300.0191例2高度(mm)3.712.952.412.011.781.55电阻率(cm)0.2560.1730.1320.1020.08700.0761例3高度(mm)1.631.090.870.680.600.49电阻率(cm)0.08390.04390.03140.02280.01890.0147例4高度(mm)0.780.530.410.370.350.29电阻率(Qcm)0.01130.007410.005920.005150.004470.00370例5高度(mm)1.651.030.730.620.560.47电阻率(cm)0.1630.08280.05110.04200.03670.0307例6高度(mm)0.920.600.440.360.310.26电阻率(cm)0.005980.003270.002240.001800.001520.