ISO TS 23359:2025
(Main)Nanotechnologies - Chemical characterization of graphene-related two-dimensional materials from powders and liquid dispersions
Nanotechnologies - Chemical characterization of graphene-related two-dimensional materials from powders and liquid dispersions
ISO TS 23359:2025, which is a Technical Specification, describes methods for characterising the chemical properties of powders or liquid dispersions containing graphene-related two-dimensional materials, using a set of suitable measurement techniques.
This document covers the determination of elemental composition, oxygen to carbon ratio, trace metal impurities, weight percentage of chemical species and functional groups present, by use of the following techniques:
• X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
• thermogravimetric analysis (TGA);
• inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS);
• Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR).
This document covers sample preparation, protocols and data analysis for the different techniques.
Nanotechnologies - Caractérisation chimique des matériaux bidimensionnels similaires au graphène à partir de poudres et de dispersions liquides
Le présent document spécifie les méthodes de caractérisation des propriétés chimiques des poudres ou des dispersions liquides contenant des matériaux bidimensionnels similaires au graphène (GR2M), à l’aide d’un ensemble de techniques de mesurage appropriées.
Le présent document couvre la détermination de la composition élémentaire, le rapport oxygène/carbone, les traces d’impuretés métalliques, le pourcentage en poids des espèces chimiques et les groupes fonctionnels présents, en employant les techniques suivantes:
- spectroscopie de photoélectrons par rayons X (XPS);
- analyse thermogravimétrique (ATG);
- spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS);
- spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectrométrie FTIR).
Le présent document couvre la préparation des échantillons, les protocoles et l’analyse des données pour les différentes techniques
General Information
Standards Content (Sample)
Technical
Specification
ISO/TS 23359
First edition
Nanotechnologies — Chemical
2025-08
characterization of graphene-
related two-dimensional materials
from powders and liquid
dispersions
Nanotechnologies — Caractérisation chimique des matériaux
bidimensionnels similaires au graphène à partir de poudres et de
dispersions liquides
Reference number
ISO/TS 23359:2025(en) © ISO 2025
ISO/TS 23359:2025(en)
© ISO 2025
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Published in Switzerland
ii
ISO/TS 23359:2025(en)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Abbreviated terms . 4
5 Approaches to chemical characterization . 5
6 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) . 8
6.1 Introduction .8
6.2 Instrument preparation .8
6.3 Sample preparation .8
6.4 Method .9
6.5 Quantitative analysis . 12
7 Thermogravimetric analysis (TGA) .13
7.1 Introduction . 13
7.2 Sample preparation . 15
7.2.1 General . 15
7.2.2 Instrument conditions and preparation . . 15
7.2.3 Preparation of crucible . 15
7.2.4 Measurement procedure . 15
7.3 Data processing and quantitative analysis .16
7.3.1 Data plotting .16
7.3.2 Determination of the number of mass change steps .16
7.3.3 Determination of the temperature of maximum mass change rate (T ) .17
max
7.3.4 Identification of the GR2M present .17
7.3.5 Determine mass percentage .17
8 Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) . 19
9 Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). 19
10 Reporting . 19
10.1 Introduction .19
10.2 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) . 20
10.3 Thermogravimetric analysis (TGA). 20
10.4 Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) . 20
10.5 Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) . 20
Annex A (informative) Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) .21
Annex B (informative) Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) .26
Annex C (informative) Summary of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) interlaboratory
studies .29
Annex D (informative) Summary of thermogravimetric analysis (TGA) interlaboratory study .34
Annex E (informative) Summary of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)
interlaboratory study . 41
Annex F (informative) Summary of Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) mini-
interlaboratory study .44
Bibliography . 47
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ISO/TS 23359:2025(en)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) and IEC (the International Electrotechnical
Commission) form the specialized system for worldwide standardization. National bodies that are
members of ISO or IEC participate in the development of International Standards through technical
committees established by the respective organization to deal with particular fields of technical activity.
ISO and IEC technical committees collaborate in fields of mutual interest. Other international organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO and IEC, also take part in the work.
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 document 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 or www.iec.ch/members_experts/refdocs).
ISO and IEC draw attention to the possibility that the implementation of this document may involve the
use of (a) patent(s). ISO and IEC take no position concerning the evidence, validity or applicability of any
claimed patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO and IEC had not
received notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers
are cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent
database available at www.iso.org/patents and https://patents.iec.ch. ISO and IEC shall not be held
responsible for identifying any or all such patent rights.
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.
In the IEC, see www.iec.ch/understanding-standards.
This document was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies, and Technical
Committee IEC/TC 113, Nanotechnology for electrotechnical products and systems, in collaboration with the
European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 352, Nanotechnologies, in
accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
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.
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ISO/TS 23359:2025(en)
Introduction
Graphene nanoplatelets (GNPs) are applied in many technology areas, including solar cells, biosensors,
displays, composites, flexible electronics and energy storage, due to the exceptional properties of graphene.
However, it is not just GNPs that are used commercially but other material variants as well, such as reduced
graphene oxide, graphene oxide and chemically functionalised forms of GNPs. These different graphene-
related two-dimensional materials (GR2Ms) are suitable for different application areas and therefore, there
must be a full understanding of the chemical properties of commercially available materials, so that the
correct material is selected for specific application areas.
As these materials are increasingly used in different industries, international standardization is needed
to support commercialization. Reliable, accurate, and reproducible measurements are important due to
the multiple production routes and therefore variability in properties. Producers of the material must use
standards to maintain quality in manufacture and confidence in the supply chain.
This document specifies methods to measure the chemical properties of powders and dispersions
containing a GR2M. The techniques covered are X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), thermogravimetric
analysis (TGA), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), and Fourier-transform infrared
spectroscopy (FTIR). These techniques determine the elemental composition, oxygen to carbon ratio, trace
metal impurities, weight percentage of chemical species and the functional groups present.
XPS is used to provide quantitative measurements of the surface elemental composition of GR2Ms. It can
measure every element except hydrogen and helium that are within up to approximately 10 nm of the
surface and at equivalent homogeneous concentrations above the XPS detection limit.
TGA is a common material characterization technique available in research and industry labs, which offers
rapid and simple characterization of bulk material properties providing useful qualitative and quantitative
information. TGA is widely used for characterization of GR2M to determine the amount of impurities (i.e.
water, amorphous carbon, metals), presence of functional groups, traces of surfactants or other organic
impurities from fabrication processes or impurities from the initial raw material (graphite, silica, metal
oxides etc).
ICP-MS is used to pr
...
Spécification
technique
ISO/TS 23359
Première édition
Nanotechnologies —
2025-08
Caractérisation chimique des
matériaux bidimensionnels
similaires au graphène à partir de
poudres et de dispersions liquides
Nanotechnologies — Chemical characterization of graphene-
related two-dimensional materials from powders and liquid
dispersions
Numéro de référence
ISO/TS 23359:2025(fr) © ISO 2025
ISO/TS 23359:2025(fr)
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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
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
ISO/TS 23359:2025(fr)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Abréviations . 5
5 Approches de la caractérisation chimique . 5
6 Spectroscopie de photoélectrons par rayons X (XPS). 7
6.1 Introduction .7
6.2 Préparation de l’instrument .8
6.3 Préparation des échantillons .8
6.4 Méthode .9
6.5 Analyse quantitative . 12
7 Analyse thermogravimétrique (ATG) . .13
7.1 Introduction . 13
7.2 Préparation des échantillons . 15
7.2.1 Généralités . 15
7.2.2 Conditions et préparation des instruments . 15
7.2.3 Préparation du creuset . 15
7.2.4 Mode opératoire de mesurage .16
7.3 Traitement et analyse des données .16
7.3.1 Représentation graphique des données .16
7.3.2 Détermination du nombre d’étapes de variation de masse.17
7.3.3 Détermination de la température de variation de masse maximale (T ) .17
max
7.3.4 Identification du GR2M présent .17
7.3.5 Déterminer le pourcentage massique .18
8 Spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) .20
9 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectrométrie FTIR) .20
10 Rapports .20
10.1 Introduction . 20
10.2 Spectroscopie de photoélectrons par rayons X (XPS) .21
10.3 Analyse thermogravimétrique (ATG) .21
10.4 Spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) .21
10.5 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectrométrie FTIR) .21
Annexe A (informative) Spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) .22
Annexe B (informative) Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectrométrie
FTIR) .27
Annexe C (informative) Résumé des études interlaboratoires ayant eu recours à la spectroscopie
de photoélectrons par rayons X (XPS) .30
Annexe D (informative) Résumé de l’étude interlaboratoires ayant eu recoursà l’analyse
thermogravimétrique (ATG) .36
Annexe E (informative) Résumé de l’étude interlaboratoires ayant eu recours à la spectrométrie
de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) .43
Annexe F (informative) Résumé de la mini-étude interlaboratoires ayant eu recours à la
spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectrométrie FTIR) .46
Bibliographie .50
iii
ISO/TS 23359:2025(fr)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) et l’IEC (Commission électrotechnique internationale)
forment le système spécialisé de la normalisation mondiale. Les organismes nationaux membres de l'ISO ou
de l’IEC participent au développement de Normes internationales par l'intermédiaire des comités techniques
créés par l'organisation concernée afin de s'occuper des domaines particuliers de l'activité technique.
Les comités techniques de l'ISO et de l’IEC collaborent dans des domaines d'intérêt commun. D'autres
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO et l’IEC,
participent également aux travaux.
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 ou www.iec.ch/members_experts/refdocs).
L’ISO et l’IEC attirent l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner
l’utilisation d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO et l’IEC ne prennent pas position quant à la preuve, à la
validité et à l’applicabilité de tout droit de brevet revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent
document, L’ISO et l’IEC n'avaient pas reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires
à sa mise en application. Toutefois, il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent
document que des informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de
brevets, disponible à l'adresse www.iso.org/brevets et https://patents.iec.ch. L’ISO et l’IEC ne sauraient être
tenues pour responsables de ne pas avoir identifié tout ou partie de tels droits de propriété.
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 www.iso.org/iso/avant-propos. Pour l'IEC, voir www.iec.ch/understanding-standards.
Le présent document a été élaboré conjointement par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies, et
le comité technique IEC/TC 113, Nanotechnologies relatives aux appareils et systèmes électrotechnologiques,
en collaboration avec le comité technique CEN/TC 352, Nanotechnologies, du Comité européen de
normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de
Vienne).
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.
iv
ISO/TS 23359:2025(fr)
Introduction
Les nanoplaquettes de graphène (GNP) sont appliquées dans de nombreux domaines technologiques,
y compris les cellules solaires, les biocapteurs, les écrans, les composites, l’électronique flexible et le stockage
d’énergie, en raison des propriétés exceptionnelles du graphène. Cependant, les GNP ne sont pas les seules
à être utilisées dans le commerce. D’autres variantes de matériaux, telles que l’oxyde de graphène réduit,
l’oxyde de graphène et les formes de GNP fonctionnalisées chimiquement, le sont également. Ces différents
matériaux bidimensionnels similaires au graphène (GR2M) sont adaptés à différents domaines d’application
et, de ce fait, les propriétés chimiques des matériaux disponibles dans le commerce doivent être parfaitement
comprises afin de sélectionner le matériau adapté au domaine d’application souhaité.
Comme ces matériaux sont de plus en plus utilisés dans différentes industries, une normalisation
internationale est nécessaire pour soutenir la commercialisation. Des mesurages fiables, précis et
reproductibles sont importants en raison des multiples routes de production et donc de la variabilité
des propriétés. Les producteurs du matériau doivent utiliser des normes pour maintenir la qualité de la
fabrication et la confiance dans la chaîne d’approvisionnement.
Le présent document spécifie des méthodes de mesure des propriétés chimiques des poudres et des
dispersions contenant un GR2M. Les techniques couvertes sont la spectroscopie de photoélectrons par
rayons X (XPS), l’analyse thermogravimétrique (ATG), la spectrométrie de masse à plasma à couplage
inductif (ICP-MS) spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (spectrométrie FTIR). Ces techniques
déterminent la composition élémentaire, le rapport oxygène/carbone, les traces d’impuretés métalliques, le
pourcentage en poids des espèces chimiques et les groupes fonctionnels présents.
La XPS est utilisée pour fournir des mesurages quantitatifs de la c
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.