ISO/TR 10929:2012

Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon nanotube (MWCNT) samples

ISO/TR 10929:2012 identifies the basic properties of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) and the content of impurities, which characterize bulk samples of MWCNTs, and highlights the major measurement methods available to industry for the determination of these parameters. ISO/TR 10929:2012 provides a sound basis for the research, development and commercialization of these materials.

Nanotechnologies — Caractérisation des échantillons de nanotubes en carbone multifeuillets (MWCNTs)

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 19-Jan-2012
• ICS: 07.030 - Physics. Chemistry
• ICS: 07.120 - Nanotechnologies
• Technical Committee: ISO/TC 229 - Nanotechnologies
• Drafting Committee: ISO/TC 229/JWG 2 - Measurement and characterization
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Due Date: 05-Jun-2011
• Completion Date: 20-Jan-2012

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/TR
REPORT 10929
First edition
2012-01-15
Nanotechnologies — Characterization
of multiwall carbon nanotube (MWCNT)
samples
Nanotechnologies — Caractérisation des échantillons de nanotubes en
carbone multifeuillets (MWCNTs)
Reference number
ISO/TR 10929:2012(E)
©
ISO 2012

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ISO/TR 10929:2012(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
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ISO/TR 10929:2012(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that
which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a
simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely
informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no longer
valid or useful.
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.
ISO/TR 10929 was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies.
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ISO/TR 10929:2012(E)
Introduction
Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) are nanomaterials for use in many industrial fields. They are beneficial
because of their unique electronic, electromagnetic, thermal, optical and mechanical properties. The feasibility
of using them in a variety of applications, such as field-emission based display panels, reinforced composite
materials, multifunctional sensors and elements of new nanoscale logic circuits have been explored. In all
cases, appropriate characterization of the MWCNT samples is necessary so that the desired products can be
manufactured.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 10929:2012(E)
Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon
nanotube (MWCNT) samples
1 Scope
This Technical Report identifies the basic properties of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) and the content
of impurities, which characterize bulk samples of MWCNTs, and highlights the major measurement methods
available to industry for the determination of these parameters.
This Technical Report provides a sound basis for the research, development and commercialization of these
materials. Sample preparation and measurement protocol are not contained within this Technical Report.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document
(including any amendments) applies.
ISO/TS 27687, Nanotechnologies — Terminology and definitions for nano-objects — Nanoparticle, nanofibre
and nanoplate
ISO/TS 80004-1, Nanotechnologies — Vocabulary — Part 1: Core terms
ISO/TS 80004-3, Nanotechnologies — Vocabulary — Part 3: Carbon nano-objects
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/TS 27687, ISO/TS 80004-1 and
ISO/TS 80004-3 apply.
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ISO/TR 10929:2012(E)
4 Abbreviated terms
AAS Atomic absorption spectrometry
DTA Differential thermal analysis
EDS Energy dispersive X-ray spectrometry
EGA-GCMS Evolved gas analysis-gas chromatograph mass spectrometry
GC-MS Gas chromatography-mass spectrometry
HPLC-MS High performance liquid chromatography-mass spectrometry
ICP-AES/OES Inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy/optical emission spectroscopy
ICP-MS Inductively coupled plasma-mass spectrometry
SEM Scanning electron microscopy
TEM Transmission electron microscopy
TGA Thermogravimetric analysis
XRD X-ray diffractometry
XRF X-ray fluorescence analysis
5 Basic MWCNT properties and impurity contents and their measurement methods
Basic properties of MWCNTs and contents of impurities for the characterization of bulk samples of MWCNTs
are identified in Table 1. The properties and contents are associated with an industrially available measurement
method, or methods.
Sampling and sample homogeneity should be considered, but they are not described here.
Table 1 — Basic MWCNT properties and impurity contents and their measurement methods
Category Property/Content Method
Outer diameter TEM, SEM
Inner diameter TEM
Interlayer distance XRD, TEM
MWCNTs
Length SEM, TEM
Disorder of crystal structure Raman spectroscopy, TEM
Oxidation temperature TGA /DTA
Carbon material content not in the form of MWCNT SEM, TEM, XRD, TGA
Metal content ICP-AES/OES, AAS, ICP-MS, XRF, SEM/EDS
Polyaromatic hydrocarbon content HPLC-MS , GC-MS
Impurities
Volatile content to approximately 100 °C Weight loss method, TGA, EGA-GCMS
Volatile content for temperature higher than 100 °C Weight loss method, TGA, EGA-GCMS
Ash content Weight loss method, TGA
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ISO/TR 10929:2012(E)
6 Measurement methods for MWCNT properties
6.1 General
Industrially available measurement methods for determining the properties of MWCNTs in bulk samples are
set out below. Sample preparation and measurement protocol are not contained with this Technical Report.
6.2 Outer diameter
The outer diameter of MWCNTs is the diameter of the outermost graphene layer from which the tube is
constructed. The outer diameter of MWCNT may be measured by TEM and SEM with the aid of image analysis
techniques. The applicability of SEM depends on the resolution of the SEM instrument. Appropriate procedures
for sampling, statistics and calibration are needed for the TEM and SEM measurements.
ISO/TS 10797 and ISO/TS 10798 provide guidance on SWCNT (single wall carbon nanotube) characterization
and include reference to outer diameter measurements by TEM and SEM.
6.3 Inner diameter
The inner diameter of MWCNTs is the diameter of the innermost graphene layer from which the tube
is constructed. The inner diameter may be measured by TEM with the aid of image analysis techniques.
Appropriate procedures for sampling, statistics and calibration are needed for the TEM measurements.
ISO/TS 10797 provides guidance on SWCNT characterization and includes reference to inner diameter
measurements by TEM.
6.4 Interlayer distance
The stacking nature of MWCNTs is represented by the distance between the graphene layers that make up
adjacent walls in a MWCNT. The interlayer distance of MWCNTs may be measured by the X-ray diffraction
[8]
method and by TEM employing appropriate sampling and statistical procedures for the bulk sample of MWCNTs.
ISO/TS 10797 provides guidance on SWCNT characterization and includes reference to interlayer distance
measurements by TEM.
6.5 Length
The length of a MWCNT is the longitudinal distance between its two ends, or the distance from the root of
a branch to its tip for ramified structures. The lengths of MWCNTs may be measured by SEM with the aid
of image analysis techniques. TEM can also be used for thin, short tubes, if they fall within the maximum
image size of the TEM. Appropriate procedures for sampling, statistics and calibration are needed for the
SEM measurements as well as TEM. The measurement of MWCNT length can be extremely challenging as
capturing both ends of
...

RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 10929
Première édition
2012-01-15
Nanotechnologies — Caractérisation des
échantillons de nanotubes en carbone
multifeuillets (MWCNTs)
Nanotechnologies — Characterization of multiwall carbon nanotube
samples
Numéro de référence
ISO/TR 10929:2012(F)
©
ISO 2012

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ISO/TR 10929:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2012
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, 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 et les microfilms, sans l’accord écrit
de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
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ISO/TR 10929:2012(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
Exceptionnellement, lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
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.
L’ISO/TR 10929 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies.
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ISO/TR 10929:2012(F)
Introduction
Du fait de la spécificité de leurs propriétés électroniques, électromagnétiques, thermiques, optiques et
mécaniques, les nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) sont des nanomatériaux prometteurs pour de
nombreux domaines industriels. Leurs possibilités d’utilisation ont été envisagées dans diverses applications
telles que les panneaux d’affichage à émission de champ, les matériaux composites renforcés, les capteurs
multifonctionnels et les éléments de nouveaux circuits logiques à l’échelle nanométrique. Dans tous les cas, il est
nécessaire de caractériser correctement les échantillons de MWCNT pour pouvoir fabriquer les produits requis.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 10929:2012(F)
Nanotechnologies — Caractérisation des échantillons de
nanotubes en carbone multifeuillets (MWCNTs)
1 Domaine d’application
Le présent Rapport technique identifie les propriétés fondamentales des nanotubes en carbone multifeuillets
(MWCNTs) et la teneur en impuretés qui caractérise les échantillons en vrac de MWCNTs, et met notamment l’accent
sur les principales méthodes de mesure mises à la disposition de l’industrie pour déterminer ces paramètres.
Le présent Rapport technique constitue une base pour la recherche, le développement et la commercialisation
de ces matériaux. Le présent Rapport technique ne couvre pas la préparation des échantillons et le
protocole de mesure.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les
références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence (y compris les éventuels amendements) s’applique.
ISO/TS 27687, Nanotechnologies — Terminologie et définitions relatives aux nano-objets — Nanoparticule,
nanofibre et nanofeuillet
ISO/TS 80004-1, Nanotechnologies — Vocabulaire — Partie 1: Termes «cœur»
ISO/TS 80004-3, Nanotechnologies — Vocabulaire — Partie 3: Nano-objets en carbone
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO/TS 27687, l’ISO/TS 80004-
1 et l’ISO/TS 80004-3 s’appliquent.
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ISO/TR 10929:2012(F)
4 Abréviations
AAS Spectrométrie d’absorption atomique (Atomic absorption spectrometry)
DTA Analyse thermique différentielle (Differential thermal analysis)
EDS Spectrométrie à rayons X à dispersion d’énergie (Energy dispersive X-ray spectrometry)
EGA-GCMS Analyse des gaz dégagés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie
de masse (Evolved Gas Analysis-Gas Chromatograph Mass Spectrometry)
GC-MS Chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (Gas
chromatography–mass spectrometry)
HPLC-MS Chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse (High
Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry)
ICP-AES/OES Spectroscopie d’émission atomique/spectroscopie d’émission optique à plasma
induit (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy/Optical Emission
Spectroscopy)
ICP-MS Spectrométrie de masse à plasma induit (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry)
SEM Microscopie électronique à balayage (Scanning Electron Microscopy)
TEM Microscopie électronique en transmission (Transmission electron microscopy)
TGA Analyse thermogravimétrique (Thermogravimetric analysis)
XRD Diffractométrie des rayons X (X-Ray Diffractometry)
XRF Analyse par fluorescence à rayons X (X-Ray Fluorescence)
5 Propriétés fondamentales et teneur en impuretés des MWCNTs: méthodes de mesure
Le Tableau 1 identifie les propriétés fondamentales et la teneur en impuretés des MWCNT pour la caractérisation
des échantillons en vrac. Les propriétés et les teneurs sont associées à une ou à plusieurs méthodes de
mesure disponibles dans l’industrie.
Bien qu’ils ne soient pas décrits dans le présent Rapport technique, il convient de tenir compte de l’échantillonnage
et de l’homogénéité des échantillons.
Tableau 1 — Propriétés fondamentales, teneur en impuretés des MWCNTs
et méthodes de mesure correspondantes
Catégorie Propriété/Teneur Méthode
Diamètre extérieur TEM, SEM
Diamètre intérieur TEM
Distance entre feuillets XRD, TEM
MWCNT
Longueur SEM, TEM
Désordre de la structure cristalline Spectroscopie Raman, TEM
Température d’oxydation TGA /DTA
Teneur en matériaux de carbone sous une forme
SEM, TEM, XRD, TGA
autre que des MWCNT
Teneur en métaux ICP-AES/OES, AAS, ICP-MS, XRF, SEM/EDS
Teneur en hydrocarbures aromatiques polycycliques HPLC-MS, GC-MS
Impuretés
Teneur en substances volatiles à environ 100 °C Méthode par perte de masse, TGA, EGA-GCMS
Teneur en substances volatiles à des températures
Méthode par perte de masse, TGA, EGA-GCMS
supérieures à 100 °C
Teneur en cendres Méthode par perte de masse, TGA
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ISO/TR 10929:2012(F)
6 Méthodes de mesure pour les propriétés de MWCNTs
6.1 Généralités
Les méthodes de mesure disponibles dans l’industrie pour la détermination des propriétés des échantillons
en vrac de MWCNTs sont indiquées ci-après. Le présent Rapport technique ne couvre pas la préparation des
échantillons et le protocole de mesure.
6.2 Diamètre extérieur
Le diamètre extérieur des MWCNTs est le diamètre du feuillet de graphène dont est constitué le tube qui se
trouve le plus à l’extérieur. Le diamètre extérieur des MWCNTs peut être mesuré par TEM et SEM à l’aide
de techniques d’analyse d’images. L’applicabilité de la SEM dépend de la résolution de l’instrument SEM.
Pour des mesurages TEM et SEM, des modes opératoires appropriés d’échantillonnage, de statistiques et
d’étalonnage sont nécessaires.
L’ISO/TS 10797 et l’ISO/TS 10798 fournissent des recommandations pour la caractérisation des SWCNTs
ainsi que des références pour les mesurages du diamètre extérieur par TEM et SEM.
6.3 Diamètre intérieur
Le diamètre intérieur des MWCNTs est le diamètre du feuillet de graphène dont est constitué le tube qui se
trouve le plus à l’intérieur. Le diamètre intérieur peut être mesuré par TEM à l’aide de techniques d’analyse
d’images. Pour des mesurages TEM, des modes opératoires appropriés d’échantillonnage, de statistiques et
d’étalonnage sont nécessaires.
L’ISO/TS 10797 fournit des recommandations pour la caractérisation des SWCNTs, ainsi que des références
pour les mesurages du diamètre intérieur par TEM.
6.4 Distance entre feuillets
L’empilement des MWCNTs est représenté par la distance entre les feuillets de graphène qui constituent les
parois adjacentes d’un MWCNT. La distance entre parois de MWCNTs peut être mesurée au moyen de la
[8]
méthode de diffraction des rayons X et par TEM en utilisant des modes opératoires d’échantillonnage et
d’analyses statistiques appropriés pour l’échantillon global de MWCNTs.
L’ISO/TS 10797 fournit des recommandations pour la caractérisation des SWCNTs, ainsi que des références
pour les mesurages de distance entre couches par TEM.
6.5 Longueur
La longueur des MWCNTs est la distance longitudinale entre leurs deux extrémités ou la distance du pied
d’une branche à sa pointe pour les structures ramifiées. La longueur des MWCNTs peut être mesurée par SEM
à l’aide de techniques d’analyse d’images. Il est également possible d’utiliser la TEM pour les tubes minces et
courts s’ils s’inscrivent dans la taille d’image maximale de TEM. Pour des mesurages TEM et SEM, des modes
opératoires appropriés d’échantillonnage, de statistiques et d’étalonnage sont nécessaires. Le mesurage de la
longueur des MWCNTs peut être extrêmement difficile à réaliser car il est peu probable que l’on puisse saisir
les deux extrémités d’un MWCNT en une seule imag
...