Nanotechnologies - Matrix of properties and measurement techniques for graphene and related two-dimensional (2D) materials

ISO TR 19733:2019 This document provides a matrix which links key properties of graphene and related two-dimensional (2D) materials to commercially available measurement techniques. The matrix includes measurement techniques to characterize chemical, physical, electrical, optical, thermal and mechanical properties of graphene and related 2D materials.

Nanotechnologies - Matrice des propriétés et des techniques de mesure pour le graphène et autres matériaux bidimensionnels (2D)

ISO TR 19733:2019 Le présent document fournit une matrice qui associe les propriétés clés du graphène et des matériaux bidimensionnels (2D) similaires aux techniques de mesure commercialisées. Cette matrice spécifie des techniques de mesure qui permettent de caractériser les propriétés chimiques, physiques, électriques, optiques, thermiques et mécaniques du graphène et des matériaux 2D similaires.

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Technical report
ISO TR 19733:2019 - Nanotechnologies - Matrix of properties and measurement techniques for graphene and related two-dimensional (2D) materials
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ISO TR 19733:2019 - Nanotechnologies - Matrice des propriétés et des techniques de mesure pour le graphène et autres matériaux bidimensionnels (2D) Released:3/22/2019
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Standards Content (Sample)

REPORT 19733
First edition
Nanotechnologies — Matrix of
properties and measurement
techniques for graphene and related
two-dimensional (2D) materials
Nanotechnologies — Matrice des propriétés et des techniques de
mesure pour le graphène et autres matériaux bidimensionnels (2D)
Reference number
ISO/TR 19733:2019(E)
ISO 2019
ISO/TR 19733:2019(E)
© ISO 2019
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Published in Switzerland
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ISO/TR 19733:2019(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions, symbols and abbreviated terms . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols and abbreviated terms. 2
4 Matrix of properties and measurement techniques for graphene and related 2D
materials . 3
5 Properties and measurands . 4
5.1 Structural properties . 4
5.1.1 Crystal defect. 4
5.1.2 Domain (grain) size . 5
5.1.3 Flake size . 6
5.1.4 Number of layers . 6
5.1.5 Stacking angle . 6
5.1.6 Surface area . 6
5.1.7 Thickness . 6
5.2 Chemical properties . 6
5.2.1 Metal contents . 6
5.2.2 Non-graphene contents and residue . 7
5.2.3 Oxygen content . 7
5.3 Mechanical properties, elastic modulus . 7
5.4 Thermal properties, thermal conductivity . 7
5.5 Optical properties, optical transmittance . 7
5.6 Electrical and electronic properties . 7
5.6.1 Charge carrier concentration (density) . 7
5.6.2 Charge carrier mobility . 8
5.6.3 Sheet resistance . 8
5.6.4 Work function . 8
6 Measurement techniques . 8
6.1 Atomic force microscopy (AFM) . 8
6.2 Brunauer, Emmett and Teller method (BET) . 9
6.3 Combustion analysis . 9
6.4 Electron probe X-ray microanalysis (EPMA) . 9
6.5 Electron spin resonance (ESR) .10
6.6 Fourier transform- infrared spectroscopy (FT-IR) .10
6.7 Hall bar measurement .10
6.8 Inductively coupled plasma — Mass spectrometry (ICP-MS) .11
6.9 Kelvin probe force microscopy (KPFM) .11
6.10 Low energy electron microscopy (LEEM) .12
6.11 Optical microscopy .12
6.12 Raman spectroscopy .12
6.13 Scanning electron microscopy (SEM) .13
6.14 Secondary-ion mass spectrometry (SIMS) .13
6.15 Scanning tunnelling microscopy (STM) .13
6.16 Transmission electron microscopy (TEM) .13
6.17 Thermogravimetric analysis (TGA) .14
6.18 Titration .14
6.19 Ultraviolet photoelectron microscopy (UPS) .14
6.20 Ultraviolet, visible, near-infrared (UV-VIS-NIR) spectroscopy .14
6.21 X-ray diffraction (XRD) .15
ISO/TR 19733:2019(E)
6.22 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) .15
6.23 4-point probe .15
Bibliography .16
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ISO/TR 19733:2019(E)
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies and
Technical Committee IEC/TC 113, Nanotechnology for electrotechnical products and systems. The draft
was circulated for voting to the national bodies of both ISO and IEC.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
ISO/TR 19733:2019(E)
Graphene is a single layer of carbon atoms with each atom bound to three neighbours in a honeycomb
[1] [2]
structure . Since its discovery in 2004 , graphene has become one of the most attractive materials
in application research and device industry due to its supreme material properties such as mechanical
strength, stiffness and elasticity, high electrical and thermal conductivity, optical transparency, etc. It is
expected that applications of graphene could replace many of current device development technology in
flexible touch panel, organic light emitting diode (OLED), solar cell, supercapacitor, and electromagnetic
shielding. To gain deeper understanding of the material properties and to find the ways of mass
producing with fine quality, much research on graphene, and similarly on related two-dimensional
(2D) materials is being done in universities, research institutes, and laboratories around the globe.
However, to lead these revolutionary materials to full commercialization, it is essentially demanded
that characterization and me

Première édition
Nanotechnologies — Matrice des
propriétés et des techniques de
mesure pour le graphène et autres
matériaux bidimensionnels (2D)
Nanotechnologies — Matrix of properties and measurement
techniques for graphene and related two-dimensional (2D) materials
Numéro de référence
ISO 19733:2019(F)
ISO 2019
ISO 19733:2019(F)
© ISO 2019
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés

ISO 19733:2019(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions, symboles et abréviations . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et abréviations . 3
4 Matrice des propriétés et des techniques de mesure pour le graphène et
les matériaux 2D similaires . 3
5 Propriétés et mesurandes . 5
5.1 Propriétés structurelles . 5
5.1.1 Défaut cristallin . 5
5.1.2 Taille du domaine (grain) . 6
5.1.3 Taille de paillette . 6
5.1.4 Nombre de couches . 6
5.1.5 Angle d’empilement . 6
5.1.6 Aire de surface . 6
5.1.7 Épaisseur . 7
5.2 Propriétés chimiques . 7
5.2.1 Teneur en métaux . 7
5.2.2 Composants hors graphène et résidus . 7
5.2.3 Teneur en oxygène . 7
5.3 Propriétés mécaniques, module d’élasticité . 7
5.4 Propriétés thermiques, conductivité thermique . 7
5.5 Propriétés optiques, facteur de transmission . 7
5.6 Propriétés électriques et électroniques . 8
5.6.1 Concentration (densité) de porteurs de charge . 8
5.6.2 Mobilité des porteurs de charge . 8
5.6.3 Résistance de feuillet. 8
5.6.4 Travail de sortie . 9
6 Techniques de mesure . 9
6.1 Microscopie à force atomique (AFM) . 9
6.2 Méthode de Brunauer, Emmett et Teller (BET) .10
6.3 Analyse par combustion .10
6.4 Analyse de rayons X par microsonde de Castaing (EPMA) .10
6.5 Résonance de spin électronique (RSE) .11
6.6 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) .11
6.7 Mesure de l’effet Hall .11
6.8 Spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) .11
6.9 Microscopie à sonde de Kelvin (KPFM) .12
6.10 Microscopie à électrons lents (LEEM) .12
6.11 Microscopie optique .13
6.12 Spectroscopie Raman .13
6.13 Microscopie électronique à balayage (MEB) .13
6.14 Spectrométrie de masse d’ions secondaires (SIMS) .14
6.15 Microscopie à effet tunnel (STM) .14
6.16 Microscopie électronique à transmission (MET) .14
6.17 Analyse thermogravimétrique (ATG) .15
6.18 Titrage .15
6.19 Spectroscopie photoélectronique UV (UPS) .15
6.20 Spectroscopie ultraviolette, visible, dans le proche infrarouge (UV-VIS-NIR) .15
6.21 Diffraction des rayons X (XRD) .16
ISO 19733:2019(F)
6.22 Spectroscopie de photoélectrons X (XPS).16
6.23 Mesure 4 pointes .16
Bibliographie .17
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés

ISO 19733:2019(F)
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos.
Le présent document a été élaboré conjointement par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies et
le comité d’étude IEC/TC 113, Nanotechnologies relatives aux appareils et systèmes électrotechnologiques.
Le projet a été soumis aux organismes nationaux de l’ISO et de l'IEC pour vote.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
ISO 19733:2019(F)
Le graphène est une monocouche d’atomes de carbone où chaque atome est lié à trois voisins, dans
[1] [2]
une structure en nid d’abeilles . Depuis sa découverte en 2004 , le graphène est devenu l’un des
matériaux les plus attrayants en recherche applicative et dans l’industrie des composants, en raison
de ses propriétés remarquables telles que la résistance mécanique, la rigidité et l’élasticité, les hautes
conductivités thermique et électrique, la transparence optique, etc. Les applications à base de graphène
pourraient remplacer bon nombre des technologies actuelles de développement de composants dans
les écrans tactiles souples, les diodes électroluminescentes organiques (OLED), les cellules solaires,
les supercondensateurs et les blindages électromagnétiques. Pour mieux comprendre les propriétés

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.