《酸化碳纳米管 表面元素及化学态测量方法 X射线光电子能谱》编制说明

中国材料与试验团体标准编制说明-酸化碳纳米管表面

元素及化学态测量方法X射线光电子能谱

一、标准编制说明内容一般应包括：

1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等；

背景：将碳纳米管进行酸化处理,可以增加碳纳米管的活性及去除杂质。混酸有氧化性,可以

在碳纳米管表面接上羟基、羧基等含氧极性基团,这样增加了碳纳米管在树脂中的分散性和

结合力,所制得的复合材料力学性能也有有很大提高。XPS广泛应用于碳材料尤其是碳纳米

管XPS分析过程中，XPS数据分析主观性强、sp2杂化态对应C1s谱峰峰形不对称以及各化

学态对应峰位差异相对较小等因素是导致碳材料XPS数据分析难度高的主要原因。由于缺

少碳材料XPS定量分析方法规范，当前在进行碳材料XPS分析过程中很容易对数据进行过

度的主观性拟合，导致数据结果可信度较差。因此需要进一步解决XPS表征碳纳米管表面

元素及化学态定量的准确表征和方法规范问题。

1.1、酸化前后碳纳米管的制备：

150ml浓度为98%硫酸加入圆底烧瓶并置于冰水浴中搅拌，然后滴加50ml浓度为68%

的浓硝酸，加入200mg原始碳纳米管至上述溶液中并搅拌，将圆底烧瓶置于80℃油浴中冷

凝回流5h，待混合溶液冷却后多次抽滤洗涤至PH≈7，烘干。

1.2、样品测试分析具体步骤：

1.2.1测试条件记录

记录实验室名称、收到样品日期、测试日期、当前实验室温湿度、样品进入分析室前的

进样室及分析室真空度、仪器厂家型号、测试条件等信息（具体详见数据采集记录表）

1.2.2样品制备

1.2.2.1样品制备完成后应尽快进行真空干燥处理，干燥处理完成后应立即进行真空封存；

1.2.2.2样品制备前确认仪器进样室真空优于7×10-8mbar、分析室真空度优于5×10-9mbar；

1.2.2.3采用无水乙醇清洗实验工具（镊子、剪刀），并用无尘布或无尘纸进行表面擦拭；

1.2.2.4对碳纳米管粉末材料进行快速压片制样并利用双面绝缘胶带将其固定在样品台上

（用镊子夹取边界位置，防止中心测试区域污染，要求整个制样时间小于5min），放置于仪

器进样室内进行预抽真空（3h）；待真空满足仪器传样要求后将其传送至分析室内；

1.2.3数据采集

实验室常规XPS测试，获得酸化前后碳纳米管表面全扫及C、O元素高分辨窄扫谱图；

注：要求采集酸化前后碳纳米管中C、O元素高分辨窄扫谱图，采集遍数如下表所示：

元素采集遍数

C10

O10

测试要求：仪器内部只存在碳纳米管待测样品

1.3、样品均匀性分析：

选取随机选取10个有效特征区域不同测试位置相同测试条件重复测试2次进行XPS测

试C、O元素采集次数分别为10次，通过C元素相对原子百分含量获得样品均匀性结论（均

匀性测试于2022.12.07）

原始碳纳米管C元素相对原子百分含量数据

样品编号\测量次数12平均值

199.099.099.0

299.099.099.0

399.099.099.0

499.099.099.0

599.099.099.0

699.099.099.0

799.099.099.0

899.099.099.0

999.099.099.0

1099.099.099.0

总平均值99.0

根据原始碳纳米管C元素相对原子百分含量统计分析结果可以发现，原始碳纳米管样

品中C元素含量是均匀的。

HNO3处理后碳纳米管C元素相对原子百分含量数据

样品编号\测量次数12平均值

184.684.984.7

283.983.183.5

383.083.783.3

483.083.483.2

583.484.583.9

685.184.284.7

785.385.885.5

884.784.684.7

983.683.383.4

1083.683.383.5

总平均值84.0

HNO3处理后碳纳米管C元素相对原子百分含量统计分析结果

方差来源自由度平方和均方F

样品间95.60.6

0.47

样品内1013.11.3

F临界值F0.05(9,10)=3.02。计算的F值为0.47，该值<F临界值，这表明在0.05显著性

水平时，样品中C元素含量是均匀的。

1.4、8组数据来源：

季华实验室4组样品测试编号15-1、15-2、16-1、16-2、17-1、17-2、18-1、18-2，

其中15-1、15-2、16-1、16-2测试于2022.12.07，测试人员分别为范燕、曹英杰；17-1、

17-2、18-1、18-2测试于2022.12.08，测试人员分别为范燕、曹英杰.广东工业大学严老师

寄样编号：11-1、11-2、12-1、12-2、13-1、13-2、14-1、14-2，测试于2022.12.07及

2022.12.08；

精密度原始数据：

HNO3处理后碳纳米管各化学态对应元素相对原子百分含量（Atm%）为：

数组编号12345678

组内数据1212121212121212

编号

C1sC=C56.4055.1755.2854.3455.8555.7155.4956.0156.4053.4053.8454.3954.3754.2454.9256.39

C1sC-C20.6620.7319.5919.3718.0120.9918.4318.3220.6619.4918.9819.4418.9519.6018.9918.65

C1sC-O3.643.713.703.333.183.793.263.063.644.463.574.014.134.153.883.59

C1sC=O6.106.706.667.487.246.297.156.936.107.307.827.207.027.057.026.78

O1sC=O6.757.097.717.917.796.958.008.146.757.958.257.948.197.698.007.63

O1sC-O6.446.607.077.577.926.277.677.536.447.407.547.027.347.277.196.96

本文件的精密度已通过试验验证，结果为：

化学态含量，%重复性限，r再现性限，R

C1sC=C55.141.722.61

C1sC-C19.430.892.21

C1sC-O3.690.711.14

C1sC=O6.990.741.21

O1sC=O7.670.701.37

O1sC-O7.140.751.18

1.5、样品稳定性分析（稳定性测试于2022.12.12）：

为检验样品的稳定性（稳定性样品编号（19-1、19-2、20-1、20-2、21-1、21-2、22-1、

22-2、23-1、23-2、24-1、24-2）），抽取6个有效特征区域进行XPS测试获得C元素相对

原子百分含量，6个有效特征区域不同测试位置相同测试条件重复测试2次。

原始碳纳米管C元素相对原子百分含量数据

样品编号\测量次数12平均值

1998.798.798.7

2098.598.698.5

2198.298.498.3

2298.398.598.4

2398.298.298.2

2498.098.398.2

总平均值98.4

原始碳纳米管C元素相对原子百分含量统计分析结果

方差来源自由度平方和均方F

样品间90.20.6

0.47

样品内100.020.05

F临界值F0.05(9,10)=3.02。计算的F值为0.47，该值<F临界值，这表明在0.05显著性水平

时，原始碳纳米管样品中C元素含量是稳定的。

HNO3处理后碳纳米管C元素相对原子百分含量数据

样品编号\测量次数12平均值

1985.585.285.3

2084.083.683.8

2183.185.884.4

2283.283.383.3

2383.283.383.3

2481.482.782.0

总平均值83.7

HNO3处理后碳纳米管C元素相对原子百分含量统计分析结果

方差来源自由度平方和均方F

样品间96.40.7

0.41

样品内1017.31.7

F临界值F0.05(9,10)=3.02。计算的F值为0.41，该值<F临界值，这表明在0.05显著性水平

时，HNO3处理后碳纳米管样品中C元素含量是稳定的。

1.6、主要参加单位：季华实验室、中国科学院上海硅酸盐研究所、广东工业大

学；工作组成员：范燕、卓尚军、李林清、严楷、曹英杰、谭晓逸、张滨、谭军

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则。

本文件为方法标准，主要用于酸化碳纳米管XPS分析的规范化。本文件以酸化前碳纳

米管C1s谱峰为参考，主要关注酸化前后碳材料各元素及化学态对应含量的变化；并通过对

半峰宽限定以及同一批次不同样品进行数据分析方法进行统一和规范，进一步解决XPS表

征碳纳米管表面元素及化学态定量的准确表征问题，为碳纳米管酸化改性工艺改进研究提供

技术保障。

3、请说明制修订标准与相关现有标准的主要区别，并填写

下方主要参数对比表。若采用了国际标准和国外先进标准，

应当详细地说明采用该标准的目的、意义，采用标准程度及

理由，或与测试的国外样品的有关数据对比情况等。

②制订标准为方法标准，请填写下表。

方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准

主要参数对比表

标准号本标准

标准名称

范围

原理

制样要求

试验条件

仪器设备

试剂材料

试验方法

试验结果

试验有效性

判断

国内外

无法比对无相关

标准

．．．．．

注：若和相关标准差异较大，无法进行比对，请在“无法比对”行说

明无法比对的具体原因和主要差异。

中国材料与试验团体标准编制说明-酸化碳纳米管表面

元素及化学态测量方法X射线光电子能谱

一、标准编制说明内容一般应包括：

1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等；

背景：将碳纳米管进行酸化处理,可以增加碳纳米管的活性及去除杂质。混酸有氧化性,可以

在碳纳米管表面接上羟基、羧基等含氧极性基团,这样增加了碳纳米管在树脂中的分散性和

结合力,所制得的复合材料力学性能也有有很大提高。XPS广泛应用于碳材料尤其是碳纳米

管XPS分析过程中，XPS数据分析主观性强、sp2杂化态对应C1s谱峰峰形不对称以及各化

学态对应峰位差异相对较小等因素是导致碳材料XPS数据分析难度高的主要原因。由于缺

少碳材料XPS定量分析方法规范，当前在进行碳材料XPS分析过程中很容易对数据进行过

度的主观性拟合，导致数据结果可信度较差。因此需要进一步解决XPS表征碳纳米管表面

元素及化学态定量的准确表征和方法规范问题。

1.1、酸化前后碳纳米管的制备：

150ml浓度为98%硫酸加入圆底烧瓶并置于冰水浴中搅拌，然后滴加50ml浓度为68%

的浓硝酸，加入200mg原始碳纳米管至上述溶液中并搅拌，将圆底烧瓶置于80℃油浴中冷

凝回流5h，待混合溶液冷却后多次抽滤洗涤至PH≈7，烘干。

1.2、样品测试分析具体步骤：

1.2.1测试条件记录

记录实验室名称、收到样品日期、测试日期、当前实验室温湿度、样品进入分析室前的

进样室及分析室真空度、仪器厂家型号、测试条件等信息（具体详见数据采集记录表）

1.2.2样品制备

1.2.2.1样品制备完成后应尽快进行真空干燥处理，干燥处理完成后应立即进行真空封存；

1.2.2.2样品制备前确认仪器进样室真空优于7×10-8mbar、分析室真空度优于5×10-9mbar；

1.2.2.3采用无水乙醇清洗实验工具（镊子、剪刀），并用无尘布或无尘纸进行表面擦拭；

1.2.2.4对碳纳米管粉末材料进行快速压片制样并利用双面绝缘胶带将其固定在样品台上

（用镊子夹取边界位置，防止中心测试区域污染，要求整个制样时间小于5min），放置于仪

器进样室内进行预抽真空（3h）；待真空满足仪器传样要求后将其传送至分析室内；

1.2.3数据采集

实验室常规XPS测试，获得酸化前后碳纳米管表面全扫及C、O元素高分辨窄扫谱图；

注：要求采集酸化前后碳纳米管中C、O元素高分辨窄扫谱图，采集遍数如下表所示：

元素采集遍数

C10

O10

测试要求：仪器内部只存在碳纳米管待测样品

1.3、样品均匀性分析：

选取随机选取10个有效特征区域不同测试位置相同测试条件重复测试2次进行XPS测

试C、O元素采集次数分别为10次，通过C元素相对原子百分含量获得样品均匀性结论（均

匀性测试于2022.12.07）

原始碳纳米管C元素相对原子百分含量数据

样品编号\测量次数12平均值

199.099.099.0

299.099.099.0

399.099.099.0

499.099.099.0

599.099.099.0

699.099.099.0

799.099.099.0

899.099.099.0

999.099.099.0

1099.099.099.0

总平均值99.0

根据原始碳纳米管C元素相对原子百分含量统计分析结果可以发现，原始碳纳米管样

品中C元素含量是均匀的。

HNO3处理后碳纳米管C元素相对原子百分含量数据

样品编号\测量次数12平均值

184.684.984.7

283.983.183.5

383.0