CN107343505B - 具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构 - Google Patents

具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构 Download PDF

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Abstract

一种具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，包含：一改质多壁纳米碳管(MWCNT)，其苯环的碳基上结合有COOH，OH，SO的官能基，使得该改质多壁纳米碳管成为表面具负电荷的纳米结构；一具极性的附着层，以其表面电荷附着在该改质多壁纳米碳管上，包含：多个SiO2@EDAS奈米粒子，其表面电位具正电荷，可跟该改质多壁纳米碳管相吸引形成一复合结构。多个Ag@Citrate纳米分子，其表面呈负电荷且体积远小于该SiO2@EDAS奈米粒子，且电性相反，该Ag@Citrate纳米分子随着附着在该改质多壁纳米碳管表面上形成多层复合结构。因银离子具有高杀菌功效，故使得贴附有该附着层的该改质多壁纳米碳管也有杀菌功效。

Description

具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构
技术领域
本发明有关于纳米碳管复合结构，尤其是一种具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构。
背景技术
纳米碳管(Carbon Nanotube，缩写CNT)为一种管状的碳分子，该纳米碳管上每个碳原子采取sp2混成，且相互之间以碳-碳σ键结合起来，而形成由六边形组成的蜂窝状结构，而作为该纳米碳管的骨架。其中该纳米碳管的各个碳原子上未参与混成的一对p电子相互之间形成跨越整个纳米碳管的共轭π电子云。纳米碳管按照管子的层数不同，可分为单壁纳米碳管和改质多壁纳米碳管。纳米碳管的半径方向相当细，仅有纳米尺度，而其轴向则可长达数十到数百微米。
利用纳米碳管的性质可以制作出许多性能优异的复合材料。在生物学上纳米碳管可以产生细胞再生的功效，也可以吸收红外线，因此在热疗上具相当高的潜能。故本发明发明人希望将纳米碳管应用在生物医疗上，尤以伤口杀菌材料为应用的优先，但是此类生医材料，往往须备有效保湿及杀菌的功能。保湿即是借硅材上修饰的胺基将水分吸附维持住，杀菌则可借助银纳米粒子达到效果。未改质的纳米碳管本身并无法有效水分且自身往往不具杀菌性质，再者市售的银杀菌材多以coating方式附着于它材上，无法有效稳固且适量的结合在纳米碳管上，脱落的现象也较为明显。
故本发明希望提出一种以纳米碳管为基底，结合具高保湿性的硅材及杀菌性的银纳米子的纳米碳管复合结构，以解决当前工业技术上的缺陷。
发明内容
所以本发明的目的为解决上述现有技术上的问题，本发明中提出一种具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，应用表面具正电荷的多个SiO2@EDAS纳米粒子，吸附于一改质多壁纳米碳管(MWCNT)的苯环的碳基上结合的COOH，OH，SO3H等官能基，且应用表面呈负电荷的多个Ag@Citrate纳米分子吸附环绕于该SiO2@EDAS纳米粒子上。因为该SiO2@EDAS纳米粒子依附在该改质多壁纳米碳管上，所以该Ag@Citrate纳米分子也随着附着在该改质多壁纳米碳管的表面上。其中该SiO2@EDAS纳米粒子应用表面胺基可将水作更稳固的吸附作用而达到保湿目的。并且银离子具有高杀菌功效，因此使得贴附有该附着层的该改质多壁纳米碳管也有杀菌功效。因此在进行在生物治疗时，本发明的纳米碳管复合结构可同时达成保湿及杀菌的功能。
为达到上述目的本发明中提出一种具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，包含：一改质多壁纳米碳管(MWCNT)，且该改质多壁纳米碳管的苯环的碳基上结合有COOH，OH，SO3H的官能基；其方式是由原先较长的多壁纳米碳管，经过H2SO4及HNO3的混和液浸泡后，使得该HNO3将氧化该较长的多壁纳米碳管，而该H2SO4则应用其脱水性，因此使得该较长的多壁纳米碳管产生上述官能基；而且在氧化作用的过程该较长的多壁纳米碳管的表面因化学反应使得其结构出现缺陷而生成新的官能基，因此产生化学键的变化与断裂，而影响该较长的多壁纳米碳管的结构，使得整体长度缩短，而形成该改质多壁纳米碳管，其中该COOH，OH，SO3H等官能基会使该改质多壁纳米碳管的表面带有负电荷，因此使得整个改质多壁纳米碳管成为表面具负电荷的纳米结构；可以利用这些官能基所造成的负电表面电荷，而与其余电荷极性相反的粒子产生相互吸附的作用，以增加改质多壁纳米碳管的吸附能力。
本发明还包含一具极性的附着层，应用其表面电荷而附着在酸基改质的该改质多壁纳米碳管上，该附着层主要是包含：多个SiO2@EDAS纳米粒子，在SiO2纳米粒子表面修饰上N-[3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane(EDAS)而形成SiO2@EDAS纳米粒子；该SiO2@EDAS纳米粒子的表面具有正电荷，所以可以跟具表面负电荷的该改质多壁纳米碳管相吸引，而形成一复合的结构；SiO2@EDAS纳米粒子具有NH2表面官能基，应用该NH2可以与水(H2O)中的氢离子形成氢键，因此可以将水作更稳固的吸附作用；所以此一结构可以有效的吸附水分子而达到保湿的目的。
其中该附着层还包含多个Ag@Citrate纳米分子，以柠檬酸钠为还原剂还原银离子并生成键结使众多的柠檬酸分子包覆在银原子团的周围而形成Ag@Citrate纳米分子；此一结构的纳米分子其表面呈负电荷；该Ag@Citrate纳米分子的体积远小于该SiO2@EDAS纳米粒子，而且电性相反，所以该Ag@Citrate纳米分子会应用异电性相吸的方式而环绕吸附于该SiO2@EDAS纳米粒子；因为该SiO2@EDAS纳米粒子依附在该改质多壁纳米碳管上，所以该Ag@Citrate纳米分子也随着附着在该改质多壁纳米碳管的表面上；Ag@Citrate纳米分子在环境下会缓慢释放银离子，银离子本身即具有极佳的杀菌功效，因此也使得贴附有该附着层的该改质多壁纳米碳管也有杀菌功效。
由下文的说明可更进一步了解本发明的特征及其优点，阅读时并请参考附图。
附图说明
图1显示本发明的主要元件组合示意图。
图2显示本发明的元件组合示意图。
图3显示本发明中SiO2的水合颗粒的粒径分布图。
图4显示本发明中SiO2@EDAS水合颗粒的粒径分布图。
【附图标记说明】
10 改质多壁纳米碳管
20 附着层
21 SiO2@EDAS纳米粒子
22 Ag@Citrate纳米分子。
具体实施方式
现就本发明的结构组成，及所能产生的功效与优点，配合图式，举本发明的一较佳实施例详细说明如下。
请参考图1至图4所示，显示本发明的具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，包含下列元件：
一改质多壁纳米碳管(MWCNT)10，该改质多壁纳米碳管10的长度约在35μm到60μm。且该改质多壁纳米碳管10的苯环的碳基上结合有COOH，OH，SO3H的官能基。其方式是由原先较长的多壁纳米碳管(长度约在300μm)，经过H2SO4及HNO3的混和液浸泡后，使得该HNO3氧化该较长的多壁纳米碳管，而该H2SO4则应用其脱水性，因此使得该较长的多壁纳米碳管产生上述官能基。而且在氧化作用的过程该较长的多壁纳米碳管的表面因化学反应使得其结构出现缺陷而生成新的官能基，因此产生化学键的变化与断裂，而影响该较长的多壁纳米碳管的结构，使得整体长度缩短，而形成该改质多壁纳米碳管10，其中该COOH，OH，SO3H等官能基会使该改质多壁纳米碳管10的表面带有负电荷，因此使得整个改质多壁纳米碳管10成为表面具负电荷的纳米结构。可以利用这些官能基所造成的负电表面电荷，而与其余电荷极性相反的粒子产生相互吸附的作用，以增加该改质多壁纳米碳管10的吸附能力。
一具极性的附着层20，应用其表面电荷而附着在酸基改质的该改质多壁纳米碳管10上，该附着层20主要是包含：
多个SiO2@EDAS纳米粒子21，在SiO2纳米粒子表面修饰上N-[3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane(EDAS)而形成SiO2@EDAS纳米粒子21。其中该SiO2@EDAS纳米粒子21的尺寸约在200nm大小。该SiO2@EDAS纳米粒子21的表面电位经测验显示具有正电荷，所以可以跟具表面负电荷的该改质多壁纳米碳管10相吸引，而形成一复合的结构。
SiO2@EDAS纳米粒子21表面具有NH2键，应用该NH2可以与水(H2O)中的氢离子形成氢键，因此可以将水作更稳固的吸附作用，并且借助亲水硅材料特性可与水分子作更稳固的吸附作用而达到保湿目的。所以此一结构可以有效的吸附水分子而达到保湿的目的。
该附着层20还包含多个Ag@Citrate纳米分子22，以柠檬酸钠为还原剂还原银离子并生成键结使众多的柠檬酸分子包覆在银原子团的周围而形成Ag@Citrate纳米分子22。此一结构的纳米分子其表面呈负电荷。如图1所示，一般该Ag@Citrate纳米分子22的尺寸约为10到20纳米，其体积远小于该SiO2@EDAS纳米粒子21，而且电性相反，所以该Ag@Citrate纳米分子22会应用异电性相吸的方式而环绕吸附于该SiO2@EDAS纳米粒子21。因为该SiO2@EDAS纳米粒子21依附在该改质多壁纳米碳管10上，所以该Ag@Citrate纳米分子22也随着附着在该改质多壁纳米碳管10的表面上，形成多层复合结构。
Ag@Citrate纳米分子在环境下会缓慢释放银离子，银离子本身即具有极佳的杀菌功效，因此也使得贴附有该附着层20的该改质多壁纳米碳管10也有杀菌功效。
应用上述结构，如图2所示，由于该Ag@Citrate纳米分子22吸附在该SiO2@EDAS纳米粒子21的周围，且电性相吸的效果将该SiO2@EDAS纳米粒子21附着在该改质多壁纳米碳管10上，使得该Ag@Citrate纳米分子22也随着依附在该改质多壁纳米碳管10上。如果没有使用该SiO2@EDAS纳米粒子21，则不可能将Ag@Citrate纳米分子22吸附到该改质多壁纳米碳管10上。所以本发明中由于该改质多壁纳米碳管10上同时包含该SiO2@EDAS纳米粒子21及该Ag@Citrate纳米分子22，所以也同时具有保湿及杀菌的效果。
图3及图4中显示依据实验所测量的功效。图3中显示SiO2的水合颗粒的半径，其中显示该粒径的均值为126nm，在图4中，则显示SiO2@EDAS经水合后水合颗粒的粒径约为400nm，本发明所合成的SiO2大小约为120～160nm左右，修饰上EDAS所生成的SiO2@EDAS的颗粒大小约为110～200nm左右，可见SiO2对水分子的吸附能力不佳且反应在其较小的水合半径，而SiO2@EDAS在水合之后，粒径约为400nm，可见其***官能基易与水分子吸附且反应在其明显增大的水合半径，所以本发明的确可以有效吸附水分子并提高保湿性。另外发明人也做实验很明显地显示该MWCNT的上下表面的确呈现负电位。
综上所述，本发明人性化的体贴设计，相当符合实际需求。其具体改进现有缺失，相较于现有技术明显具有突破性的进步优点，确实具有功效的增进，且非易于达成。本发明未曾公开或公开于国内与国外的文献与市场上，已符合专利法规定。
上列详细说明是针对本发明的一可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (4)

1.一种具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，包含：
一改质多壁纳米碳管，且该改质多壁纳米碳管的苯环的碳基上结合有COOH，OH，SO3H的官能基；其方式是由原先较长的多壁纳米碳管，经过H2SO4及HNO3的混和液浸泡后，使得该HNO3将氧化该较长的多壁纳米碳管，而该H2SO4则应用其脱水性，因此使得该较长的多壁纳米碳管产生上述官能基；而且在氧化作用的过程该较长的多壁纳米碳管的表面因化学反应使得其结构出现缺陷而生成新的官能基，因此产生化学键的变化与断裂，而影响该较长的多壁纳米碳管的结构，使得整体长度缩短，而形成该改质多壁纳米碳管，其中该COOH，OH，SO3H等官能基会使该改质多壁纳米碳管的表面带有负电荷，因此使得整个改质多壁纳米碳管成为表面具负电荷的纳米结构；可以利用这些官能基所造成的负电表面电荷，而与其余电荷极性相反的粒子产生相互吸附的作用，以增加该改质多壁纳米碳管的吸附能力；
还包括一具极性的附着层，应用其表面电荷而附着在酸基改质的该改质多壁纳米碳管上，该附着层包含：
多个SiO2@EDAS纳米粒子，在SiO2纳米粒子表面修饰上 N-[3-(2- Aminoethylamino )propyl] trimethoxysilane (EDAS)而形成SiO2@EDAS纳米粒子；该SiO2@EDAS纳米粒子的表面具有正电荷，所以可以跟具表面负电荷的该改质多壁纳米碳管相吸引，而形成一复合的结构；
SiO2@EDAS纳米粒子表面具有NH2键，应用该NH2可以与水(H2O)中的氢离子形成氢键，因此可以将水作更稳固的吸附作用，并且借助亲水硅材料特性可与水分子作更稳固的吸附作用而达到保湿目的；所以此一结构可以有效的吸附水分子而达到保湿的目的；
该附着层还包含多个Ag@Citrate纳米分子，以柠檬酸钠为还原剂还原银离子并生成键结使众多的柠檬酸分子包覆在银原子团的周围而形成Ag@Citrate纳米分子；此一结构的纳米分子其表面呈负电荷；该Ag@Citrate纳米分子的体积远小于该SiO2@EDAS纳米粒子，而且电性相反，所以该Ag@Citrate纳米分子会应用异电性相吸的方式而环绕吸附于该SiO2@EDAS纳米粒子；因为该SiO2@EDAS纳米粒子依附在该改质多壁纳米碳管上，所以该Ag@Citrate纳米分子也随着附着在该改质多壁纳米碳管的表面上；
Ag@Citrate纳米分子在环境下会缓慢释放银离子，银离子本身即具有强烈的杀菌功效，因此也使得贴附有该附着层的该改质多壁纳米碳管也有杀菌功效。
2.如权利要求1所述的具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，其特征在于，该改质多壁纳米碳管的长度在35µm到60µm。
3.如权利要求1所述的具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，其特征在于，该SiO2@EDAS纳米粒子的尺寸为200nm。
4.如权利要求1所述的具高保湿性及高杀菌性的具二氧化硅纳米粒子及银纳米粒子的纳米碳管复合结构，其特征在于，该Ag@Citrate纳米分子的尺寸为10到20纳米。
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