石墨烯材料表征第2部分：X射線衍射法2020-03-23發布2020-03-23發布I Ⅲ引言 V1范圍 12規范性引用文件 13術語和定義 14原理 1 26實驗環境條件 27測試過程 28數據處理 39報告 4附錄A(資料性附錄)不同石墨烯材料的X射線衍射譜圖 5附錄B(資料性附錄)測試報告格式示例 7附錄C(資料性附錄)本標準起草單位和主要起草人 8ⅢT/CSTM00166《石墨烯材料表征》分為3個部分：——第1部分：拉曼光譜法；——第2部分：X射線衍射法；——第3部分：透射電子顯微鏡法。本部分是T/CSTM00166的第2部分。本標準參照GB/T1.1—2009《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫》和T/CSTM00002—2019《測試方法標準編制通則》給出的規則起草。請注意本文件的某些內容有可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由中國材料與試驗團體標準委員會基礎與共性技術領域委員會(CSTM/FCO0)提出。本標準由中國材料與試驗團體標準委員會基礎與共性技術領域委員會(CSTM/FCO0)歸口。V域具有廣闊的應用前景。X射線衍射方法是材料研究的重要方法之一，主要用于表征材料的晶體結構、本部分涉及的X射線衍射法為石墨烯材料綜合表征方法之一。不同方法制備的石墨烯材料在結晶1石墨烯材料表征本部分規定了X射線衍射法測試石墨烯粉體晶體結構的術語和定義、方法原理、儀器、實驗環境條本部分適用于石墨烯結構為基礎的層數少于10層的石墨烯衍生物粉體。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T30544.13納米科技術語第13部分：石墨烯及相關二維材料GB/T30904無機化工產品晶型結構分析X射線衍射法JJG629多晶X射線衍射儀檢定規程3術語和定義GB/T30544.13和GB/T30904中界定的術語和定義適用于本文件。4原理X射線衍射法是利用晶體對X射線的衍射效應，根據X射線穿過物質的晶格時所產生的衍射特征，鑒定晶體的內部結構的方法。該方法基于布拉格方程，該方程可由式(1)給出，原理如圖1所示。圖1X射線衍射原理圖式中：θ——布拉格角，單位為度(°);2其中h、k、l表示晶面指標；λ取決于X射線管所用的對陰極(靶)金屬材料。通過公式(1)可以計算出石墨烯材料的晶面間距。X射線衍射儀主要由X射線發生器、測角儀、樣品臺、檢測器、測量記錄系統、控制和數據處理系統組成。儀器組成示意圖如圖2所示。環境溫度為20℃~25℃,溫度波動范圍不超過±2℃。相對濕度≤60%。將石墨烯粉末試樣置于載樣片凹槽中壓平壓實至樣品表面與載樣片表面在同一平面內。排除玻璃載樣片的影響。可按取樣規則取樣測量。7.2.1儀器校準儀器在使用前需確認已按照JJG629進行了校準，且在有效期內。按儀器使用說明啟動儀器，儀器正常運行。使用的管電壓和管電流不應超過所使用的X射線管所規定的最大管電壓和管電流，部分儀器以最大使用功率表示。37.3.2狹縫寬度狹縫的種類有發散狹縫、防散射狹縫、接收狹縫和索拉狹縫。總的來說，狹縫的寬度大小對衍射強度和分辨率都有影響。寬度越大，衍射強度越大，但分辨率越差；反之，寬度越小，衍射強度越弱，而分辨率越好。選用合適的狹縫寬度，使整個測量過程中X射線盡量完全打在樣品測量面內。發散狹縫的大小應滿足通過公式(2)計算得到的樣品表面受照區寬度不大于樣品框的裝樣窗孔寬度。防散射狹縫一般使用與發散狹縫一致的狹縫大小。式中：L——樣品表面受照區寬度，單位為毫米(mm);α——發散狹縫角度，單位為度(°);R——測角儀半徑，單位為毫米(mm);θ——布拉格角，單位為度(°)。7.3.3采譜范圍采譜范圍為5°~60°。7.3.4采譜模式采譜模式為連續掃描或實時采譜。7.3.5采譜速度或時長采譜速度為4°/min~8°/min,或采譜時長為10min以上。采譜步寬一般可設0.02°,對峰寬較大的石墨烯樣品可選用較大的步寬，采譜步寬不應大于最尖銳峰的半高寬的1/3。7.4獲得衍射圖譜將準備好的樣片置于衍射儀樣片臺上，按照7.3儀器測試參數對樣品進行采譜，獲得樣品的衍射譜圖。樣品重復測試不少于3次，記錄譜圖。不同石墨烯材料的X射線衍射譜圖參見附錄A。8數據處理8.1平滑處理對7.4獲得的每幅圖譜用11個點平滑一次。8.2扣背景處理在熒光峰等導致基線不水平時需要作背景扣除。8.3尋峰標記衍射峰角度20、強度、半峰寬等數據，通過測量標準物質得到的校準曲線來校準衍射峰角度，通過布拉格方程(式(1))計算晶面間距dcmL)值。測量結果平均值為最終結果。4報告包含但不限于以下信息(參見附錄B):2)衍射峰角度20;3)半峰寬FWHM;5(資料性附錄)不同石墨烯材料的X射線衍射譜圖A.1氧化石墨烯A.1.1測試條件A.1.2測試譜圖用X射線衍射分析氧化石墨，如圖A.1所示，氧化石墨烯的峰出現在11.3°,為(001)晶面衍射峰，由布拉格公式計算得到氧化石墨烯的晶面間距為0.78nm,42.5°的衍射峰也是由于石墨氧化不完全產生圖A.1氧化石墨烯的X射線衍射圖A.2還原氧化石墨烯A.2.1測試條件用X射線衍射分析還原氧化石墨烯，如圖A.2所示，在氧化石墨烯被還原后，在25.4°出現石墨烯的衍射峰，接近石墨的衍射峰位置，但石墨烯的衍射峰變寬且強度減弱，原因在于單層石墨發生了層間剝離，尺寸減小，晶體結構完整性下降且無序度增加。43.2°的衍射峰是石墨氧化不完全產生的。67(資料性附錄)測試報告格式示例石墨烯材料結構X射線衍射測試報告格式示例見表B.1。表B.1石墨烯材料結構X射線衍射測試報告測試單位信息測試人員實驗溫度實驗濕度狹縫寬度/()采譜范圍/()采譜速度/(/min)(掃描式X射線衍射儀)(非掃描式X射線衍射儀)采數步寬/()(掃描式X射線衍射儀)X射線衍射譜圖次數半峰寬晶面間距12345其他信息8(資料性附錄)本標準起草單位和主要起草人本標準負責起草單位：中國計量科學研究