ISO/TS 80004-13:2017
(Main)Nanotechnologies — Vocabulary — Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials
Nanotechnologies — Vocabulary — Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials
ISO/TS 80004-13:2017 lists terms and definitions for graphene and related two-dimensional (2D) materials, and includes related terms naming production methods, properties and their characterization. It is intended to facilitate communication between organizations and individuals in research, industry and other interested parties and those who interact with them.
Nanotechnologies — Vocabulaire — Partie 13: Graphène et autres matériaux bidimensionnels
L'ISO/TS 80004-13 :2017 énumère les termes et les définitions pour le graphène et les matériaux bidimensionnels (2D) similaires, et inclut les termes relatifs aux méthodes de production, aux propriétés et aux caractérisations. L'ISO/TS 80004-13 :2017 est destiné à faciliter la communication entre différents organismes et membres de la recherche, de l'industrie, d'autres parties intéressées, et leurs interlocuteurs.
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TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 80004-13
First edition
2017-09
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 13:
Graphene and related two-
dimensional (2D) materials
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 13: Graphène et autres matériaux bidimensionnels
Reference number
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ISO 2017
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Terms related to materials . 1
3.1.1 General terms related to 2D materials . 1
3.1.2 Terms related to graphene . 3
3.1.3 Terms related to other 2D materials. 5
3.2 Terms related to methods for producing 2D materials . 5
3.2.1 Graphene and related 2D material production . 5
3.2.2 Nanoribbon production . 8
3.3 Terms related to methods for characterizing 2D materials . 8
3.3.1 Structural characterization methods . 8
3.3.2 Chemical characterization methods.10
3.3.3 Electrical characterization methods .12
3.4 Terms related to 2D materials characteristics .13
3.4.1 Characteristics and terms related to structural and dimensional
properties of 2D materials .13
3.4.2 Characteristics and terms related to chemical properties of 2D materials .15
3.4.3 Characteristics and terms related to optical and electrical properties of
2D materials .16
4 Abbreviated terms .16
Bibliography .17
Index .18
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: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 229, Nanotechnologies, and IEC/TC 113,
Nanotechnology for electrotechnical products and systems.
A list of all parts in the ISO 80004 series can be found on the ISO website.
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Introduction
Over the last decade, huge interest has arisen in graphene both scientifically and commercially, due
to the many exceptional properties associated with this material, properties such as the electrical
and thermal conductivity. More recently, other materials with a structure similar to that of graphene
have also shown promising properties including monolayer and few-layer versions of hexagonal boron
nitride (hBN), molybdenum disulphide (MoS ), tungsten diselenide (WSe ), silicene and germanene and
2 2
layered assemblies of mixtures of these materials. These materials have their thickness constrained
within the nanoscale or smaller and consist of between one and several layers. These materials are thus
termed two-dimensional (2D) materials as they have one dimension at the nanoscale or smaller, with
the other two dimensions generally at scales larger than the nanoscale. A layered material consists of
two-dimensional layers weakly stacked or bound to form three-dimensional structures. Examples of
2D materials and the different stacking configurations in graphene are shown in Figure 1. It should
be noted that 2D materials are not necessarily topographically flat in reality and can have a buckled
structure. They can also form aggregates and agglomerates which can have different morphologies.
Two-dimensional materials are an important subset of nanomaterials.
graphene hBN graphane perfluoro- MoS WSe
2 2
graphane
a) Examples of different two-dimensional materials consisting of different elements and
structures, as shown by the different coloured orbs and top-down and side views
b) Bernal stacked bilayer graphene (3.1.2.6) c) turbostratic bilayer or twisted bilayer
graphene with relative stacking angle, θ,
(3.1.2.7)
ABA trilayer ABC trilayer
d) Bernal stacked (AB) (3.4.1.10) tri-layer graphene (3.1.2.9) and Rhombohedral (ABC)
(3.4.1.11) stacked tri-layer graphene (3.1.2.9)
Figure 1 — Examples of 2D materials and the different stacking configurations in graphene layers
It is important to standardize the terminology for graphene, graphene-derived and related 2D materials
at the international level, as the number of publications, patents and organizations is increasing
rapidly. Thus, these materials need an associated vocabulary as they become commercialized and sold
throughout the world.
This document belongs to a multi-part vocabulary covering the different aspects of nanotechnologies.
It builds upon ISO/TS 80004-3, ISO/TS 80004-11 and ISO/TS 80004-6 and uses existing definitions
where possible.
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 80004-13:2017(E)
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 13:
Graphene and related two-dimensional (2D) materials
1 Scope
This document lists terms and definitions for graphene and related two-dimensional (2D) materials,
and includes related terms naming production methods, properties and their characterization.
It is intended to facilitate communication between organizations and individuals in research, industry
and other interested parties and those who interact with them.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
3.1 Terms related to materials
3.1.1 General terms related to 2D materials
3.1.1.1
two-dimensional material
2D material
material, consisting of one or several layers (3.1.1.5) with the atoms in each layer strongly bonded
to neighbouring atoms in the same layer, which has one dimension, its thickness, in the nanoscale or
smaller and the other two dimensions generally at larger scales
Note 1 to entry: The number of layers when a two-dimensional material becomes a bulk material varies
depending on both the material being measured and its properties. In the case of graphene layers (3.1.2.1), it is
[10]
a two-dimensional material up to 10 layers thick for electrical measurements ,beyond which the electrical
properties of the material are not distinct from those for the bulk [also known as graphite (3.1.2.2)].
Note 2 to entry: Interlayer bonding is distinct from and weaker than intralayer bonding.
Note 3 to entry: Each layer may contain more than one element.
Note 4 to entry: A two-dimensional material can be a nanoplate (3.1.1.2).
3.1.1.2
nanoplate
nano-object with one external dimension in the nanoscale and the other two external dimensions
significantly larger
Note 1 to entry: The larger external dimensions are not necessarily in the nanoscale.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.6]
3.1.1.3
nanofoil
nanosheet
nanoplate (3.1.1.2) with extended lateral dimensions
Note 1 to entry: Nanofoil and nanosheet are used synonymously in specific industrial areas.
Note 2 to entry: Nanofoil and nanosheet extend further with respect to their length and width compared to
nanoplate or nanoflake.
[SOURCE: ISO/TS 80004-11:2017, 3.2.1.1]
3.1.1.4
nanoribbon
nanotape
nanoplate (3.1.1.2) with the two larger dimensions significantly different from each other
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.10]
3.1.1.5
layer
discrete material restricted in one dimension, within or at the surface of a condensed phase
[SOURCE: ISO/TS 80004-11:2017, 3.1.2]
3.1.1.6
quantum dot
nanoparticle or region which exhibits quantum confinement in all three spatial directions
[SOURCE: ISO/TS 80004-12:2016, 4.1]
3.1.1.7
aggregate
particle comprising strongly bonded or fused particles where the resulting external surface area is
significantly smaller than the sum of surface areas of the individual components
Note 1 to entry: The forces holding an aggregate together are strong forces, for example, covalent or ionic bonds
or those resulting from sintering or complex physical entanglement or otherwise combined former primary
particles.
Note 2 to entry: Aggregates are also termed secondary particles and the original source particles are termed
primary particles.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 3.5, modified – Notes 1 and 2 have been added.]
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3.1.2 Terms related to graphene
3.1.2.1
graphene
graphene layer
single-layer graphene
monolayer graphene
single layer of carbon atoms with each atom bound to three neighbours in a honeycomb structure
Note 1 to entry: It is an important building block of many carbon nano-objects.
Note 2 to entry: As graphene is a single layer (3.1.1.5), it is also sometimes called monolayer graphene or single-
layer graphene and abbreviated as 1LG to distinguish it from bilayer graphene (2LG) (3.1.2.6) and few-layered
graphene (FL
...
SPÉCIFICATION ISO/IEC TS
TECHNIQUE 80004-13
Première édition
2017-09
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 13:
Graphène et autres matériaux
bidimensionnels
Nanotechnologies — Vocabulary —
Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials
Numéro de référence
ISO 80004-13:2017(F)
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ISO 2017
ISO 80004-13:2017(F)
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 80004-13:2017(F)
Sommaire Page
Avant-Propos.iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Termes relatifs aux matériaux . 1
3.1.1 Termes généraux relatifs aux matériaux bidimensionnels . 1
3.1.2 Termes relatifs au graphène . 3
3.1.3 Termes relatifs à d’autres matériaux bidimensionnels . 5
3.2 Termes relatifs à des méthodes de production de matériaux bidimensionnels . 5
3.2.1 Production de graphène et de matériaux bidimensionnels similaires . 5
3.2.2 Production de nanorubans. 8
3.3 Termes relatifs aux méthodes de caractérisation de matériaux bidimensionnels . 9
3.3.1 Méthodes de caractérisation structurelle . 9
3.3.2 Méthodes de caractérisation chimique .11
3.3.3 Méthodes de caractérisation électrique .12
3.4 Termes relatifs aux caractéristiques des matériaux bidimensionnels .14
3.4.1 Caractéristiques et termes relatifs aux propriétés structurelles et
dimensionnelles (tous les termes relatifs à la mécanique ont été
supprimés au stade DIS) des matériaux bidimensionnels .14
3.4.2 Caractéristiques et termes relatifs aux propriétés chimiques des
matériaux bidimensionnels .16
3.4.3 Caractéristiques et termes relatifs aux propriétés électriques et optiques
des matériaux bidimensionnels .17
4 Symboles et termes abrégés .17
Bibliographie .18
Index .19
ISO 80004-13:2017(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 attirée 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: www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 229, Nanotechnologies, et le comité
technique IEC/TC 113, Nanotechnologies relatives aux appareils et systèmes électrotechnologiques.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 80004 se trouve sur le site Web de l'ISO.
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ISO 80004-13:2017(F)
Introduction
Au cours des dix dernières années, le graphène a suscité un intérêt considérable, aussi bien sur le plan
scientifique que commercial, grâce aux nombreuses propriétés exceptionnelles qui lui sont associées,
telles que la conductivité électrique et thermique. Plus récemment, d’autres matériaux disposant d’une
structure similaire à celle du graphène ont également montrés des propriétés prometteuses, comme
les versions monocouches et à quelques couches de la nitrure de bore hexagonal (H-BN), du disulfure
de molybdène (MoS ), du diséléniure de tungstène (WSe ), du silicène et du germanène ainsi que les
2 2
assemblages en couches de ces matériaux. L’épaisseur de ces matériaux est à l’échelle nanométrique
ou inférieure et ils sont constitués d’une ou plusieurs couches. Ces matériaux sont par conséquent
appelés matériaux bidimensionnels (2D) étant donné qu’une de leurs dimensions est à l’échelle
nanométrique ou inférieure, tandis que les deux autres dimensions sont généralement à des échelles
plus grandes. Un matériau à couches est constitué de couches bidimensionnelles empilées et faiblement
liées ensembles pour former des structures tridimensionnelles. La Figure 1 montre des exemples de
matériaux bidimensionnels et les différentes configurations d’empilement du graphène. Il convient de
prendre note qu’en réalité les matériaux bidimensionnels ne sont pas nécessairement plats du point de
vue topographique et peuvent avoir une structure courbée. Ils peuvent également former des agrégats
et des agglomérats susceptibles d’avoir des morphologies différentes. Les matériaux bidimensionnels
constituent un sous-ensemble important des nanomatériaux.
graphène H-BN graphane perfluorogra- MoS WSe
2 2
phane
a) Exemples de matériaux bidimensionnels différents constitués d’éléments et de structures
différents, représentés par des sphères colorées et des vues de dessus et en coupe
ISO 80004-13:2017(F)
b) Graphène bicouche en empilement de Ber- c) Graphène bicouche turbostratique ou
nal (3.1.2.6) bicouche désaxé avec un angle d’empilement
relatif θ (3.1.2.7)
Tricouche ABA Tricouche ABC
d) Graphène tricouche (3.1.2.9) en empilement Bernal (AB) (3.4.1.10) et graphène tricouche
(3.1.2.9) en empilement rhomboédrique (ABC) (3.4.1.11)
Figure 1 — Exemples de matériaux bidimensionnels et des différentes configurations
d’empilement des couches du graphène
Il est important de normaliser au niveau international la terminologie pour le graphène, ses dérivés
et les matériaux bidimensionnels connexes, étant donné que le nombre de publications, de brevets
et d’organisations ne cessent d’augmenter. Par conséquent, la commercialisation et la vente de ces
matériaux dans le monde entier demandent un vocabulaire associé.
Le présent document fait partie d’un vocabulaire constitué de plusieurs parties et traitant des
différents aspects des nanotechnologies. Il tire parti des normes ISO/TS 80004-3, ISO/TS 80004-11 et
ISO/TS 80004-6 et utilise des définitions existantes dans la mesure du possible.
vi © ISO 2017 – Tous droits réservés
SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO 80004-13:2017(F)
Nanotechnologies — Vocabulaire —
Partie 13:
Graphène et autres matériaux bidimensionnels
1 Domaine d’application
Le présent document énumère les termes et les définitions pour le graphène et les matériaux
bidimensionnels (2D) similaires, et inclut les termes relatifs aux méthodes de production, aux propriétés
et aux caractérisations.
Le présent document est destiné à faciliter la communication entre différents organismes et membres
de la recherche, de l’industrie, d’autres parties intéressées, et leurs interlocuteurs.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions 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:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https://www.iso.org/obp
3.1 Termes relatifs aux matériaux
3.1.1 Termes généraux relatifs aux matériaux bidimensionnels
3.1.1.1
matériau bidimensionnel
matériau 2D
matériau constitué d’une ou plusieurs couches (3.1.1.5), les atomes de chaque couche étant fortement
liés aux atomes voisins sur cette même couche, possédant une dimension, son épaisseur, à l’échelle
nanométrique ou inférieure et les deux autres dimensions généralement à des échelles plus grandes
Note 1 à l'article: Le nombre de couches nécessaires pour qu’un matériau bidimensionnel devienne un matériau
massique varie en fonction du matériau mesuré et de ses propriétés. Dans le cas des couches de graphène (3.1.2.1),
[10]
il s’agit d’un matériau bidimensionnel d’une épaisseur allant jusqu’à 10 couches pour les mesures électriques,
au-delà desquelles les propriétés électriques du matériau ne sont plus différentes de celles du matériau massique
[également connu en tant que graphite (3.1.2.2)].
Note 2 à l'article: Une liaison intercouche est distincte et plus faible qu’une liaison intracouche.
Note 3 à l'article: Chaque couche peut contenir plus d’un élément.
Note 4 à l'article: Un matériau bidimensionnel peut être une nanoplaque (3.1.1.2).
ISO 80004-13:2017(F)
3.1.1.2
nanoplaque
nano-objet ayant une dimension externe à l’échelle nanométrique et les deux autres dimensions
externes significativement plus grandes
Note 1 à l'article: Les dimensions externes les plus grandes ne sont pas nécessairement à l’échelle nanométrique.
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.6]
3.1.1.3
nanofeuillet
nanofeuille
nanoplaque (3.1.1.2) dont les dimensions latérales sont étendues
Note 1 à l'article: Les termes «nanofeuillet» et «nanofeuille» sont utilisés comme des synonymes dans certaines
industries.
Note 2 à l'article: Par rapport à une nanoplaque ou à un nanoflocon, un nanofeuillet et une nanofeuille sont plus
étendus en termes de longueur et de largeur.
[SOURCE: ISO/TS 80004-11:2017, 3.2.1.1]
3.1.1.4
nanoruban
nanobande
nanoplaque (3.1.1.2) dont les deux plus grandes dimensions sont significativement différentes l’une
de l’autre
[SOURCE: ISO/TS 80004-2:2015, 4.10]
3.1.1.5
couche
matériau discret limité dans une seule dimension, au sein ou à la surface d’une phase condensée
[SOURCE: ISO/TS 80004-11:2017, 3.1.2]
3.1.1.6
point quantique
nanoparticule ou région qui présente un confinement quantique dans les trois directions spatiales
[SOURCE: ISO/TS 80004-12:2016, 4.1]
3.1.1.7
agrégat
particule composée
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.