ISO/TS 11888:2017
(Main)Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon nanotubes — Mesoscopic shape factors
Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon nanotubes — Mesoscopic shape factors
ISO/TS 11888:2017 describes methods for the characterization of mesoscopic shape factors of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs). Techniques employed include scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), viscometry, and light scattering analysis. ISO/TS 11888:2017 also includes additional terms needed to define the characterization of static bending persistence length (SBPL). Measurement methods are given for the evaluation of SBPL, which generally varies from several tens of nanometres to several hundred micrometres. Well-established concepts and mathematical expressions, analogous to polymer physics, are utilized for the definition of mesoscopic shape factors of MWCNTs.
Nanotechnologies — Caractérisation des nanotubes en carbone multicouches — Facteurs de forme mésoscopique
ISO/TS 11888:2017 décrit des méthodes pour la caractérisation des facteurs de forme mésoscopique des nanotubes de carbone multiparois (MWCNT). Les techniques utilisées sont la microscopie électronique à balayage (MEB), la microscopie électronique en transmission (MET), la viscosimétrie et l'analyse par diffusion de la lumière. ISO/TS 11888:2017 inclut également les termes nécessaires pour définir la caractérisation de la longueur entre courbures statiques persistantes (LCSP). Des méthodes de mesure sont fournies pour l'évaluation de la LCSP, qui varie généralement de plusieurs dizaines de nanomètres à plusieurs centaines de micromètres. Des concepts et expressions mathématiques reconnus, analogues à la physique des polymères, sont employés pour la définition des facteurs de forme mésoscopique des MWCNT.
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 11888
Second edition
2017-07
Nanotechnologies — Characterization
of multiwall carbon nanotubes —
Mesoscopic shape factors
Nanotechnologies — Caractérisation des nanotubes en carbone
multicouches — Facteurs de forme mésoscopique
Reference number
ISO/TS 11888:2017(E)
ISO 2017
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ISO/TS 11888:2017(E)
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ISO/TS 11888:2017(E)
Contents Page
Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv
Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v
1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1
2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1
3 Terms, definitions and abbreviated terms ................................................................................................................................ 1
3.1 Terms and definitions ....................................................................................................................................................................... 1
3.2 Abbreviated terms ............................................................................................................................................................................... 3
4 Sample preparation methods ................................................................................................................................................................. 3
4.1 Ball mill cutting....................................................................................................................................................................................... 3
4.2 Dispersion method .............................................................................................................................................................................. 3
4.3 Sample preparation for SEM ....................................................................................................................................................... 3
4.4 Alternative sample preparation method .......................................................................................................................... 3
5 Experimental procedure .............................................................................................................................................................................. 4
5.1 Measurements of the SBPL using SEM ............................................................................................................................... 4
5.1.1 SEM .............................................................................................................................................................................................. 4
5.1.2 Measurement methods for the SBPL .............................................................................................................. 4
5.2 Measuring inner and outer diameters of MWCNTs using TEM ..................................................................... 5
6 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 5
Annex A (normative) Formulae for terms and definitions in Clause 2, Annex B, Annex C and
Annex D .......................................................................................................................................................................................................................... 6
Annex B (informative) Viscometry ......................................................................................................................................................................11
Annex C (informative) Dynamic light scattering and depolarized dynamic light scattering ..................12
Annex D (informative) Case study and reports .......................................................................................................................................14
Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................18
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ISO/TS 11888:2017(E)
Foreword
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 on 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 the following
URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO/TS 11888:2011), which has been
technically revised.iv © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO/TS 11888:2017(E)
Introduction
Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) synthesized by chemical vapour deposition (CVD) are of
growing interest for use in polymer composites and conductive coatings. In many cases, MWCNTs
synthesized by CVD have static (permanent) bend points randomly distributed along their axis.
Physical and chemical properties of mass-produced MWCNTs are strongly dependent on the statistical
distribution of mesoscopic shapes and sizes of the individual MWCNT (see ISO/TS 80004-3), among
[4][6]other parameters, that comprise the product. It is therefore crucial to characterize the mesoscopic
shapes of MWCNTs in order to ensure that the final properties are reproducible for use in a wide range
of materials, including composites and other dispersions, as well as for Environment, Health and Safety
[7](EHS) issues.
This document provides methods for the characterization of mesoscopic shape factors of MWCNTs,
including sample preparation procedures. In particular, it provides a statistical method for
characterizing MWCNTs produced by the CVD method. During MWCNT synthesis, axial structures are
not perfectly linear but include static bend points.This document provides methods for determining a statistical quantity, representing a maximum straight
length that is not deformed by permanent bending called the “static bending persistence length” (SBPL).
The SBPL gives information regarding the relationship between the MWCNT mesoscopic shape and size.
If two MWCNTs of equal length have different SBPLs, their overall sizes (e.g. radius of gyration or an
equivalent diameter such as a hydrodynamic diameter) will also be different from one another. In practical
[4][5][6]applications, the variation in SBPL affects both chemical reactivity and physical properties.
Electrical conductivity and dimensional stability of MWCNT-polymer compounds are also strongly
[4][5][6]dependent on the SBPL of the MWCNT used to make them. Various properties might be affected
[6][8] [7] [9]by SBPL, including electrical percolation threshold, toxicity, thermal conductivity, rheological
[10] [11]property and field emission property. SBPL could be useful for estimating the loading of a
MWCNT-polymer matrix to achieve electrical conductivity (percolation limit) and should also assist
with modelling the mechanical properties of MWCNT-polymer composites with different loadings.
Prior to commencing any work, users are advised to familiarize themselves with the latest guidance on
handling and disposal of MWCNTs, particularly in relation to the use of appropriate personal protective
equipment. Information on current practices is available in ISO/TR 12885.© ISO 2017 – All rights reserved v
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 11888:2017(E)
Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon
nanotubes — Mesoscopic shape factors
1 Scope
This document describes methods for the characterization of mesoscopic shape factors of multiwall
carbon nanotubes (MWCNTs). Techniques employed include scanning electron microscopy (SEM),
transmission electron microscopy (TEM), viscometry, and light scattering analysis.
This document also includes additional terms needed to define the characterization of static bending
persistence length (SBPL). Measurement methods are given for the evaluation of SBPL, which generally
varies from several tens of nanometres to several hundred micrometres.Well-established concepts and mathematical expressions, analogous to polymer physics, are utilized
for the definition of mesoscopic shape factors of MWCNTs.2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms, definitions and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms, definitions and abbreviated terms apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
NOTE Formulae for some of these terms and definitions are given in Annex A.
3.1.1
mesoscopic shape
description of shape at the observation scale for an individual multiwall carbon nanotube (MWCNT)
Note 1 to entry: Mesoscopic shape factors describe the average size and shape of individual MWCNTs, while
“macroscopic” describes the shape and size of MWCNT aggregates or agglomerates. “Atomic scale resolution”
describes the shape of an MWCNT at the atomic level (see Figure 1).Note 2 to entry: See Reference [4].
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ISO/TS 11888:2017(E)
a) Macroscopic (aggregates) b) Mesoscopic (individual)
c) Atomic scale resolution
NOTE SOURCE: 2010 ACS
Figure 1 — Shape of MWCNTs at various scales
3.1.2
regular shape
〈MWCNTs〉 property of having a regular pattern along the tube axis
Note 1 to entry: Correlations in the direction of the tangent show a periodical shape for MWCNTs of regular
shape. Both straight and coil-shaped MWCNTs are typically classified as MWCNTs of regular shape.
3.1.3random shape
〈MWCNTs〉 property of having static or permanent bend points distributed randomly (Gaussian) along
their tube axis3.1.4
static bending persistence length
SBPL
maximum straight length without static bending
3.1.5
contour length
total length of an MWCNT along its axis
3.1.6
weighted average contour length
average of contour length which is assigned a weight
3.1.7
end-to-end distance
straight distance between the two ends of an MWCNT
3.1.8
bending ratio
ratio between mean-squared end-to-end distance and squared contour length
2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO/TS 11888:2017(E)
3.1.9
intrinsic viscosity
[]η
description of an MWCNT’s contribution to the viscosity of MWCNT dispersion
3.2 Abbreviated terms
CVD chemical vapour deposition
DDLS depolarized dynamic light scattering
DLS dynamic light scattering
DMF dimethylformamide
SBPL static bending persistence length
SEM scanning electron microscopy
TEM transmission electron microscopy
4 Sample preparation methods
4.1 Ball mill cutting
Place 200 mg of MWCNTs and 20 ml of ethanol and zirconia balls (5,2 mm) into a zirconia pot (150 ml)
and ball mill 500 r/min for 2 h.Pour the ball-milled MWCNT dispersion from the zirconia pot into a 50 ml conical centrifuge tube at
5 000 r/min.Centrifuge the ball-milled MWCNT dispersion to separate the MWCNTs and then freeze-dry the
separated MWCNTs for 24 h. Dry the MWCNTs at 300 °C for 30 min while exposed to air to remove
unwanted volatile components.Grind the dried MWCNTs by pestle and mortar.
NOTE When higher r/min and longer ball-milling time are applied than those described here, the structure
of MWCNTs might be destroyed.4.2 Dispersion method
Disperse 0,02 g of milled MWCNTs in 200 ml dimethylformamide (DMF) using an ultra-sonicator
at 40 W for 3 h. Pour the MWCNT dispersion into a 50 ml conical centrifuge tube and centrifuge at
3 000 r/min for 30 min. Filter the dispersion with a paper filter (pore size 10 µm) to eliminate any non-
dispersed parts that might remain.NOTE DMF is the best solvent for CNT dispersion (see Reference [4,5]).
4.3 Sample preparation for SEM
Use additional DMF to dilute the MWCNT dispersion to 10×. Drop 1 ml of the 10× dispersion onto a
0,02 µm ceramic filter and filter it under vacuum. Dry the ceramic filter, containing the MWCNTs, at
60 °C for 24 h.4.4 Alternative sample preparation method
Following the methods in order (4.1, 4.2 and 4.3) is recommended for Method 1 (see 5.1.2.1) and
Method 3 (see 5.1.2.3). As-synthesized MWCNTs can be used for Method 2 (see 5.1.2.2).
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ISO/TS 11888:2017(E)
5 Experimental procedure
5.1 Measurements of the SBPL using SEM
5.1.1 SEM
5.1.1.1 General
High-resolution SEM images allow closely spaced features to be examined at a high magnification.
5.1.1.2 Preparing SEM imagesCut the ceramic filter containing the MWCNTs into small pieces and place on a sample holder, to which
conductive tape is applied. Dry the sample holder under vacuum at 40 °C for 1 h. Sputter coat the dried
sample with iridium for 1 min. Gold, platinum, or carbon may be used if an iridium source is not available.
Take three or more SEM images at a magnification of 10 000×. Take three or more representative high-
resolution images at 20 000×. This procedure is recommended for Method 1 (5.1.2.1) and Method 3
(5.1.2.3).Alternatively, place an as-synthesized MWCNT on a sample holder, to which conductive tape is applied.
Dry the sample holder under vacuum at 40 °C for 1 h. Sputter coat the dried sample with iridium for
1 min. Gold or platinum may be used if an iridium source is not available. Take three or more SEM
images at a magnification of 10 000×. Take three or more representative high-resolution images at
20 000×. This procedure is recommended for Method 2 (see 5.1.2.2).NOTE 1 Sputter coating for more than 1 min can cause a slight change in the bending of the MWCNT.
5.1.2 Measurement methods for the SBPL5.1.2.1 Method 1
From the SEM images, determine the contour lengths and end-to-end distances of at least 100 different
individual MWCNTs. Classify the data using an interval of 100 nm for contour length. For each contour
length range, calculate the mean-squared end-to-end distance.Obtain the bending ratio for each contour length range by dividing the mean-squared end-to-end
distance by the squared average contour length [see Formula (A.3)]. When the contour length is greater
[1]than 1µm, the value of contour length from the top view image may be underestimated by up to 15 %.
When more accurate values are required, measure the contour length and end-to-end distance using a
[1]3D image, which can be obtained by several side view images.
Plot the bending ratio with respect to the reciprocal contour length, measure the gradient and
determine the SBPL using Formula (A.4). When the linear relationship between bending ratio and
reciprocal contour length reaches the asymptotic limit, the resulting slope equals two times the SBPL.
[1]NOTE 1 For MWCNTs of random shape, the end-to-end distance varies at constant contour length. Therefore,
various values of end-to-end distance could be measured for each contour length range. The distribution of end-
to-end distance of MWCNT is Gaussian for each contour length range when MWCNTs are of random shape. To
obtain the mean-squared end-to-end distance, the mean value of the squared end-to-end distance is calculated.
NOTE 2 Because well-dispersed MWCNTs are filtered prior to SEM imaging, 100 MWCNTs are sufficiently
representative of the shape of the MWCNTs in the sample. This is supported by DLS and DDLS measurements as
[1]well as intrinsic viscosity measurements. An approximate value for the SBPL can be obtained using Method 2
or Method 3.4 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO/TS 11888:2017(E)
5.1.2.2 Method 2
Measure the radius of curvatur
...
SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 11888
Deuxième édition
2017-07
Nanotechnologies — Caractérisation
des nanotubes en carbone
multicouches — Facteurs de forme
mésoscopique
Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon nanotubes
— Mesoscopic shape factors
Numéro de référence
ISO/TS 11888:2017(F)
ISO 2017
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.ISO copyright office
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO/TS 11888:2017(F)
Sommaire Page
Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv
Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v
1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1
2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1
3 Termes, définitions et abréviations .................................................................................................................................................. 1
3.1 Termes et définitions ......................................................................................................................................................................... 1
3.2 Termes abrégés ....................................................................................................................................................................................... 3
4 Méthodes de préparation des échantillons .............................................................................................................................. 3
4.1 Découpe au broyeur à boulets ................................................................................................................................................... 3
4.2 Méthode de dispersion .................................................................................................................................................................... 3
4.3 Préparation des échantillons pour MEB ........................................................................................................................... 4
4.4 Méthode alternative de préparation des échantillons .......................................................................................... 4
5 Mode opératoire expérimental ............................................................................................................................................................. 4
5.1 Mesurage de la LCSP au MEB ...................................................................................................................................................... 4
5.1.1 MEB ............................................................................................................................................................................................. 4
5.1.2 Méthodes de mesure de la LCSP ......................................................................................................................... 4
5.2 Mesurage des diamètres intérieur et extérieur des MWCNT par MET .................................................. 5
6 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................... 5
Annexe A (normative) Formules correspondant aux termes et définitions utilisés dans
l’Article 2, l’Annexe B, l’Annexe C et l’Annexe D ...................................................................................................................... 7
Annexe B (informative) Viscosimétrie .............................................................................................................................................................12
Annexe C (informative) Diffusion dynamique de la lumière et diffusion dynamique de la
lumière dépolarisée .......................................................................................................................................................................................13
Annexe D (informative) Étude de cas et rapports ................................................................................................................................15
Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................19
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ISO/TS 11888:2017(F)
Avant-propos
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 appelée 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
engagement.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: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO/TS 11888:2011) qui a fait l’objet
d’une révision technique.iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO/TS 11888:2017(F)
Introduction
Les nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) synthétisés par dépôt chimique en phase vapeur
(CVD) rencontrent un intérêt grandissant pour un usage dans les composites polymères et les
revêtements conducteurs. Dans de nombreux cas, les MWCNT synthétisés par CVD présentent des
défauts structuraux qui se traduisent par des courbures statiques (permanentes) réparties de manière
aléatoire le long de leur axe. Les propriétés physiques et chimiques des MWCNT produits en masse
dépendent fortement de la distribution statistique des formes mésoscopiques et des tailles des MWCNT
[4][6]individuels (voir l’ISO/TS 80004-3), entre autres paramètres, que comprend le produit .Il est donc
crucial de caractériser les formes mésoscopiques des MWCNT pour s’assurer que les propriétés finales
sont reproductibles pour un usage dans une large gamme de matériaux, notamment les composites et
[7]d’autres dispersions, ainsi que pour des questions d’hygiène, de sécurité et d’environnement (HSE) .
Le présent document fournit des méthodes pour la caractérisation des facteurs de forme mésoscopique
des MWCNT, y compris des modes opératoires pour la préparation des échantillons. Elle présente en
particulier une méthode statistique permettant de caractériser les MWCNT produits par la méthode
de CVD. Lors de la synthèse des MWCNT, les structures axiales ne sont pas parfaitement linéaires mais
comprennent des courbures statiques.Le présent document fournit des méthodes permettant de déterminer une grandeur statistique
représentant la longueur droite maximale qui n’est pas déformée par une courbure permanente,
appelée «longueur entre courbures statiques persistantes» (LCSP). La LCSP donne des informations sur
la relation entre la forme mésoscopique et la taille du MWCNT. Si deux MWCNT de longueur égale ont
des LCSP différentes, leurs tailles globales (par exemple le rayon de giration ou un diamètre équivalent,
tel que le diamètre hydrodynamique) seront également différentes. Dans la pratique, la variation de la
[4][5][6]LCSP affecte à la fois la réactivité chimique et les propriétés physiques .
La conductivité électrique et la stabilité dimensionnelle des composés polymères de MWCNT sont
[4][5][6]également fortement dépendantes de la LCSP du MWCNT utilisé pour les réaliser . Diverses
[6][8]propriétés peuvent être affectées par la LCSP, notamment le seuil de percolation électrique , la
[7] [9] [10]toxicité , la conductivité thermique , la propriété rhéologique et la propriété d’émission par effet
[11]de champ . La LCSP pourrait être utile pour estimer la charge d’une matrice polymère à base de
MWCNT afin de parvenir à la conductivité électrique (limite de percolation) et elle devrait également
aider à modéliser les propriétés mécaniques des composites polymères de MWCNT ayant des charges
différentes.Avant d’entreprendre toute opération, il est conseillé aux utilisateurs de se familiariser avec les
dernières lignes directrices sur la manipulation et l’élimination des MWCNT, en particulier en ce qui
concerne l’utilisation de l’équipement de protection individuelle approprié. L’ISO/TR 12885 donne des
informations sur les pratiques courantes.© ISO 2017 – Tous droits réservés v
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 11888:2017(F)
Nanotechnologies — Caractérisation des nanotubes en
carbone multicouches — Facteurs de forme mésoscopique
1 Domaine d’application
Le présent document décrit des méthodes pour la caractérisation des facteurs de forme mésoscopique
des nanotubes de carbone multiparois (MWCNT). Les techniques utilisées sont la microscopie
électronique à balayage (MEB), la microscopie électronique en transmission (MET), la viscosimétrie et
l’analyse par diffusion de la lumière.Le présent document inclut également les termes nécessaires pour définir la caractérisation de la
longueur entre courbures statiques persistantes (LCSP). Des méthodes de mesure sont fournies
pour l’évaluation de la LCSP, qui varie généralement de plusieurs dizaines de nanomètres à plusieurs
centaines de micromètres.Des concepts et expressions mathématiques reconnus, analogues à la physique des polymères, sont
employés pour la définition des facteurs de forme mésoscopique des MWCNT.2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes, définitions et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et abréviations suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/Les formules correspondant à certains de ces termes et définitions sont indiquées dans l’Annexe A.
3.1.1forme mésoscopique
description de la forme, à l’échelle d’observation, d’un nanotube de carbone multiparois (MWCNT)
individuelNote 1 à l’article: Les facteurs de forme mésoscopique décrivent la taille moyenne et la forme des MWCNT
individuels, tandis que l’adjectif «macroscopique» désigne la forme et la taille des agrégats ou des agglomérats de
MWCNT. La «résolution à l’échelle de l’atome» décrit la forme d’un MWCNT au niveau atomique (voir la Figure 1).
Note 2 à l’article: Voir la Référence [4].© ISO 2017 – Tous droits réservés 1
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ISO/TS 11888:2017(F)
b) Résolution à l’échelle mésoscopique (MWCNT
a) Résolution à l’échelle macroscopique (agrégats)
individuel)
c) Résolution à l’échelle de l’atome
NOTE SOURCE: 2010 ACS
Figure 1 — Forme des MWCNT à différentes échelles
3.1.2
forme régulière
propriété d’un MWCNT ayant un motif régulier le long de l’axe du tube
Note 1 à l’article: Les corrélations dans la direction de la tangente montrent une forme périodique des MWCNT de
forme régulière. Les MWCNT de forme droite et de forme enroulée sont généralement classés dans la catégorie
des MWCNT de forme régulière.3.1.3
forme aléatoire
propriété d’un MWCNT ayant des courbures statiques ou permanentes réparties de manière aléatoire
(Gaussienne) le long de son axe3.1.4
longueur entre courbures statiques persistantes
LCSP
longueur droite maximale sans courbure statique
3.1.5
longueur de contour
longueur totale d’un MWCNT le long de son axe
3.1.6
longueur de contour moyenne pondérée
moyenne de la longueur de contour à laquelle une pondération a été attribuée
3.1.7
distance entre les deux extrémités
distance droite entre les deux extrémités d’un MWCNT
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3.1.8
rapport de courbure
rapport entre la distance quadratique moyenne entre les deux extrémités et la longueur de contour
au carré3.1.9
viscosité intrinsèque
[]η
description de la contribution d’un MWCNT à la viscosité de la dispersion de MWCNT
3.2 Termes abrégésCVD dépôt chimique en phase vapeur
DDLD diffusion dynamique de la lumière dépolarisée
DDL diffusion dynamique de la lumière
DMF diméthylformamide
LCSP longueur entre courbures statiques persistantes
MEB microscope électronique à balayage
MET microscopie électronique en transmission
4 Méthodes de préparation des échantillons
4.1 Découpe au broyeur à boulets
Placer 200 mg de MWCNT et 20 ml d’éthanol et de billes de zircone (5,2 mm) dans un mortier en zircone
(150 ml), puis mettre dans un broyeur à boulets à 500 r/min pendant 2 h.Verser la dispersion de MWCNT broyés se trouvant dans le mortier en zircone dans un tube à centrifuger
conique de 50 ml à 5 000 r/min.Centrifuger la dispersion de MWCNT broyés pour séparer les MWCNT, puis lyophiliser les MWCNT
séparés pendant 24 h. Sécher les MWCNT à 300 °C pendant 30 min, en les exposant à l’air pour éliminer
les composés volatils indésirables.Broyer les MWCNT séchés au pilon et au mortier.
NOTE Si une vitesse de rotation et une durée de broyage supérieures à ce qui est indiqué ici sont appliquées,
la structure des MWCNT risque d’être détruite.4.2 Méthode de dispersion
Disperser 0,02 g de MWCNT broyés dans 200 ml de diméthylformamide (DMF) au moyen d’un appareil
à ultrasons à 40 W pendant 3 h. Verser la dispersion de MWCNT dans un tube à centrifuger conique
de 50 ml et centrifuger à 3 000 r/min pendant 30 min. Filtrer la dispersion sur un papier-filtre (pores
de 10 µm) afin d’éliminer les parties non dispersées éventuellement présentes.NOTE La DMF est le meilleur solvant pour une dispersion de CNT (voir les Références [4] et [5]).
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4.3 Préparation des échantillons pour MEB
Utiliser une quantité supplémentaire de DMF pour diluer la dispersion de MWCNT par 10. Verser
1 ml de la dispersion diluée ×10 sur un filtre céramique de 0,02 µm et filtrer sous vide. Sécher le filtre
céramique contenant les MWCNT à 60 °C pendant 24 h.4.4 Méthode alternative de préparation des échantillons
Il est recommandé d’appliquer les méthodes dans l’ordre indiqué (4.1, 4.2 et 4.3) pour la Méthode 1 (voir
5.1.2.1) et la Méthode 3 (voir 5.1.2.3). Pour la Méthode 2 (voir 5.1.2.2), des MWCNT bruts de synthèse
peuvent être utilisés.5 Mode opératoire expérimental
5.1 Mesurage de la LCSP au MEB
5.1.1 MEB
5.1.1.1 Généralités
Les images en haute résolution au MEB permettent d’examiner avec un fort grossissement des éléments
étroitement espacées.5.1.1.2 Préparation des images de MEB
Découper le filtre céramique contenant les MWCNT en petits morceaux et les placer sur un porte-
échantillons sur lequel un ruban conducteur a été appliqué. Sécher le porte-échantillons sous vide
à 40 °C pendant 1 h. Pulvériser l’échantillon par pulvérisation cathodique à l’iridium pendant 1 min. En
l’absence de source d’iridium, de l’or, du platine ou du carbone peuvent être utilisés. Réaliser au moins
trois images au MEB à un grossissement de ×10 000. Réaliser au moins trois images haute résolution
représentatives à un grossissement de ×20 000. Ce mode opératoire est recommandé pour la Méthode 1
(5.1.2.1) et la Méthode 3 (5.1.2.3).Sinon, placer un MWCNT brut de synthèse sur un porte-échantillons sur lequel un ruban conducteur
est appliqué. Sécher le porte-échantillons sous vide à 40 °C pendant 1 h. Pulvériser l’échantillon par
pulvérisation cathodique à l’iridium pendant 1 min. En l’absence de source d’iridium, de l’or ou du
platine peuvent être utilisés. Réaliser au moins trois images au MEB à un grossissement de ×10 000.
Réaliser au moins trois images haute résolution représentatives à un grossissement de ×20 000. Ce
mode opératoire est recommandé pour la Méthode 2 (voir 5.1.2.2).NOTE 1 Maintenir la pulvérisation cathodique au-delà d’1 min peut provoquer un léger changement de
courbure du MWCNT.5.1.2 Méthodes de mesure de la LCSP
5.1.2.1 Méthode 1
À partir des images du MEB, déterminer les longueurs de contour et les distances entre les deux
extrémités d’au moins 100 MWCNT individuels différents. Classifier les données par intervalles
de 100 nm pour la longueur de contour. Pour chaque plage de longueur de contour, calculer la distance
quadratique moyenne entre les deux extrémités.Obtenir le rapport de courbure pour chaque plage de longueur de contour en divisant la distance
quadratique moyenne entre les deux extrémités par la longueur de contour moyenne au carré [voir
la Formule (A.3)]. Lorsque la longueur de contour est supérieure à 1 µm, la valeur de la longueur de
[1]contour de l’image vue de dessus peut être sous-estimée jusqu’à 15 % . Lorsque des valeurs plus
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précises sont requises, mesurer la longueur de contour et la distance entre les deux extrémités au
[1]moyen d’une image 3D qui peut être obtenue avec plusieurs images vues en vue latérale .
Tracer la courbe du rapport de courbure en fonction de l’inverse de la longueur de contour, mesurer la
pente et déterminer la LCSP en utilisant la Formule (A.4). Lorsque la relation linéaire entre le rapport
de courbure et l’inverse de la longueur de contour atteint la limite asymptotique, la pente obtenue est
égale à deux fois la LCSP.NOTE 1 Pour les MWCNT de forme aléatoire, la distance entre les deux extrémités varie pour une longueur de
[1]contour constante . Par conséquent, les valeurs de distance entre les deux extrémités mesurées peuvent être
différentes pour chaque plage de longueur de contour. La distribution de la distance entre les deux extrémités des
MWCNT est Gaussienne pour chaque plage de longueur de contour lorsque les MWCNT sont de forme aléatoire.
Pour obtenir la distance quadratique moyenne entre les deux extrémités, calculer la valeur moyenne du carré de
la distance entre les deux extrémités.NOTE 2 Du fait que les MWCNT bien dispersés sont filtrés avant l’imagerie au MEB, 100 MWCNT sont
suffisamment représentatifs de la forme des MWCNT dans l’échantillon. Cela a été démontré par des mesures de
[1]DDL et de DDLD et aussi par des mesures de la viscosité intrinsèque . Une valeur approximative de la LCSP peut
être obtenue avec la Méthode 2 ou la Méthode 3.5.1.2.2 Méthode 2
Mesurer le rayon de courbure d’au moins 100 tubes individuels à part
...
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