CN100479952C

CN100479952C - 涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器及其制备方法

Info

Publication number: CN100479952C
Application number: CNB2006100727736A
Authority: CN
Inventors: 张文礼
Original assignee: 郭春樱
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: CN101049635A

Abstract

本发明提供了一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器及其制备方法，是将纳米贵金属粒子和介质粒子添加至第一温度的水溶液中；将多孔性材质的容器烘烤至大于第一温度的第二温度，纳米介质粒子与多孔性材质的材料特性相似，将二者烧结在一起；将容器浸入水溶液中，使纳米贵金属粒子和介质粒子渗入多孔性材质容器表面；取出容器烘烤至第三温度，使渗入容器表面的纳米介质粒子融熔而与纳米贵金属粒子结合，一同烧结在该容器表面形成责金属膜，该容器具备长效抗菌、防腐和催化效果。

Description

涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器及其制备方法

技术领域

本发明提供一种多孔性材质的容器及其制备方法，该方法尤指一种可令纳米介质粒子和纳米贵金属粒子渗透并烧结在多孔性材质容器的表面及其上密集分布的小孔中，以形成一贵金属膜的容器的制备方法，该方法制得的容器具备长效抗菌、防腐和催化效果。

背景技术

纳米是长度单位，1纳米等于十亿分之一米(10^-9meter)，约为分子或DNA的大小，或是头发宽度的十万分之一，“纳米级”的大小约为1～100纳米，即介于分子和次微米之间，由于纳米粒子如此微小，古典理论似乎不适用在纳米粒子所形成的材料上，反之，量子效应(quantum effect)却成为其上不可忽视的特性，此外，由于纳米材料尚具有高表面/体积比、高密度堆积及高结构组合弹性等特性，致其材料特性呈现出于迥异于宏观尺度下的物理和化学特性，以黄金为例，当被制成纳米金粒子(nanoparticle)时，颜色不再呈现金黄色，而是呈现红色，此现象说明了其光学性质将因粒子尺寸的不同而发生变化。又以石墨为例，原本因其质地柔软而被用来制作铅笔笔芯，但以纳米碳制成的纳米碳管，其强度竟远高于不锈钢，且具有良好的弹性。

基于上述原因，近年来，纳米科技已广泛地被应用至各领域，从消费性产业至尖端高科技领域，且已被公认为二十一世纪最重要的产业之一，尤其是利用纳米科技将金及银等贵金属应用至日常必需品上，已成为目前最热门的趋势。以纳米金粒子为例，由于其尺寸已成为纳米级，所以能轻易经由人体皮肤约2微米大小的毛细孔，进入人体表皮组织，故将其应用于制作机能性服饰材料和触媒催化材料，可通过其所具备的高含氧量特性，帮助人体血液循环，促进新陈代谢，并产生活络细胞的作用。另，由于银具备抗菌效果，可杀死600多种细菌(一般抗生素仅可杀死6种不同的细菌)，加上其不具毒性，故应用范围相当广泛。通过纳米科技制作的纳米银粒子，其活性将变大，令其抗菌功能大幅增强，故应用于制作抗菌、除臭及防腐等日常用品时，将可有效提升居家环境及个人卫生的品质。

一般而言，银的纳米级细微颗粒和纳米银所释放出的银离子，具有显著的杀菌效果，纳米银在多倍水溶液稀释的情况下，对于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏杆菌及绿脓杆菌等均有99％以上的抑制功效，主要因银的生物作用，其所释出的活性银离子，能吸引细菌体内酶蛋白上的硫氢基，并与其迅速地结合在一起，使含硫氢基的酵素失去活性，导致细菌死亡，尤其是，银在纳米化后，将会成为带正电荷的纳米银粒子，接触到带负电荷的微生物细胞后便相互吸附，穿刺细胞外壁，使其内部变性，以降低生长能力，让细胞无法代谢及繁殖，直至死亡，故具有绝佳的抗菌及灭菌效果。在此需特别一提的是，当细菌被银离子杀死后，银离子又会从死去的细菌上游离出来，持续对活细菌做重复的动作，直到所有细菌被消灭为止，因此，纳米银具有长效型抗菌、不会产生抗药性、无毒性、无刺激过敏性、无须光照活化及不受酸碱值影响等诸多优点，更可抑制霉菌生长，有效达到防腐功能，现已被广泛地应用至各式日常生活用品中，如：纳米银的抗菌香皂、纳米银的抗菌滤网及纳米银的抗菌涂料等，此外，由于其脱臭能力与吸附能力较活性碳更强，且具有活性碳所没有的抗菌及灭菌功能，故已被广泛应用至滤芯中，作为绝佳的抗菌过滤材料。

鉴于前述纳米贵金属粒子所具备的保健、抗菌、防腐、除臭和过滤等功能，近年来，许多制作多孔性材质容器(如：石锅、石壶、陶锅和陶壶等)的本领域技术人员，试图将纳米级贵金属材料应用至该等容器的制作上，以提升容器效能和附加价值，令其具备抗菌、防腐、脱臭和催化食物香味的效果，其作法主要是将纳米级贵金属粒子与稀释的粘着剂水溶液均匀混合在一起，然后，将多孔性材质容器浸入该溶液中，之后，自该溶液中取出该容器，予以烘干，即形成所谓“涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器”。然而，事实上，由传统作法可轻易得知，纳米级贵金属粒子因溶液表面张力的作用，并无法渗入该多孔性材质容器表面上密集分布的小孔，仅附着在该容器的表面，故被烘干后，虽在该容器表面上形成纳米贵金属粒子薄膜，但此薄膜在使用和清洗若干次后，极易因磨擦而剥落，失去其应有的抗菌、防腐、除臭和催化作用，因此，如何设计出一种多孔性材质容器，使得纳米贵金属粒子得渗入该多孔性材质容器表面及其上密集分布的小孔中，并被烧结在容器表面及其上小孔中，令所形成的纳米贵金属膜具备长效的抗菌、防腐和催化效果，即成为业内急需解决的重要课题。

发明内容

有鉴于前述传统的涂布纳米贵金属(或称纳米级贵金属)粒子在多孔性材质容器表面上所形成的纳米贵金属粒子薄膜，极易因使用和清洗时的磨擦而剥落，失去其应有的抗菌、防腐、除臭和催化作用，发明人经过长久努力研究与实验，终于开发出一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器及其制备方法，以期在该容器表面形成具备长效型抗菌、防腐及催化效果的纳米贵金属膜。

本发明的目的在于提供一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器的制备方法，该制备方法通过温差作用所产生的渗透效应，使纳米贵金属粒子和介质粒子渗透入并烧结在多孔性材质容器表面及其上密布的小孔中。

本发明的目的还在于提供一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器，该容器表面及其上密集分布的小孔中烧结有纳米贵金属粒子和纳米介质粒子，借助纳米介质粒子可与该容器的多孔性材质结合在一起的特性，使得纳米贵金属粒子可与该容器的多孔性材质永久结合在一起，形成长效型纳米贵金属膜，使得该容器具备抗菌、防腐及催化效果。

本发明提供一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器的制备方法，包括：将呈纳米级大小的贵金属粒子和介质粒子添加至水溶液中；利用温差作用所产生的渗透效应，使得纳米贵金属粒子和介质粒子随着该水溶液渗入该多孔性材质容器表面及其上密集分布的小孔；以高温将渗入该多孔性材质容器表面及其上小孔中的纳米介质粒子熔融，而与纳米贵金属粒子结合在一起，一同烧结在该多孔性材质容器表面及其上小孔中，形成纳米贵金属膜。

上述的制备方法，其中优选在将纳米贵金属粒子及介质粒子添加至该水溶液中后，使二者在水溶液中均匀混合，并使该水溶液保持在第一温度；将该容器(如：陶制或石制的容器)烘烤至第二温度，所述的第二温度大于第一温度，其温差的作用为，在该多孔性材质容器被浸入该水溶液中后，可使水溶液中均匀混合的纳米贵金属和纳米介质粒子因温差作用所产生的渗透效应，得以随着水溶液渗入多孔性材质容器表面及其上密集分布的小孔中。

上述制备方法中优选该纳米介质粒子的材料特性与多孔性材质的材料特性相近似，可通过高温将二者烧结在一起；所以当纳米贵金属和纳米介质粒子渗入多孔性材质容器表面密集分布的小孔后，将该多孔性材质容器自水溶液中取出，烘烤至第三温度，使渗入该多孔性材质容器表面的纳米介质粒子熔融，从而与纳米贵金属粒子结合在一起，一同烧结在该多孔性材质容器表面及其上密集分布的小孔中，在多孔性材质容器表面形成纳米贵金属膜。

本发明所述的制备方法中，烘烤和烧结优选在烘箱中进行；其中第二温度和第一温度间的温差优选保持在摄氏40～80度；第一温度优选保持在摄氏20～30度；第二温度优选保持在摄氏60～110度；第三温度优选保持在摄氏450～950度。

本发明还提供一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器，包括：容器，由多孔性材质制成，其表面上密集分布有小孔；介质层，由纳米介质粒子融溶后所形成，分布在该容器表面及其上密集分布的小孔中，该纳米介质粒子的材料特性与多孔性材质的材料特性相近似，并使二者烧结在一起；纳米贵金属粒子，均匀分布在该介质层中。

本发明所采用的纳米贵金属优选为金、银、铂、钌和钯等材料，纳米介质粒子优选为纳米二氧化硅或三氧化二铝粒子。

本发明的制备方法制得的容器具备长效的抗菌、防腐和催化效果。

附图说明

图1：本发明的工艺示意图；

图2：利用本发明工艺所制作的陶壶结构的示意图；

图3：图2所示的陶壶结构的局部剖面微观示意图。

附图标号：

陶壶或石壶——10 小孔——11 纳米二氧化硅粒子——20

纳米银粒子——30 纳米银膜——40

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。

本发明是一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器及其制备方法，其将呈纳米级大小的贵金属粒子和介质粒子添加至水溶液中，利用温差作用所产生的渗透效应，使得纳米贵金属粒子和介质粒子随着该水溶液渗入该多孔性材质容器表面密集分布的小孔，再以高温将渗入该多孔性材质容器表面及其上小孔中的纳米介质粒子熔融，使其与纳米贵金属粒子结合在一起，一同烧结在该多孔性材质容器表面及其上小孔中，形成纳米贵金属膜。

如图1所示，该制备方法包括下列步骤：

(1)将呈纳米级大小的贵金属粒子和介质粒子添加至水溶液中，使二者在该水溶液中均匀混合，并令该水溶液保持在第一温度；

(2)将多孔性材质的容器(如：陶制或石制的容器)置入烘箱烘烤至第二温度，其中该第二温度大于该第一温度，该纳米介质粒子的材料特性与多孔性材质的材料特性相近似，可通过高温将二者烧结在一起；

(3)将该多孔性材质容器浸入该水溶液中，使该水溶液中均匀混合的纳米贵金属粒子和纳米介质粒子，因第二温度与第一温度的温差所产生的渗透效应，得以随着水溶液渗透入该多孔性材质容器表面密集分布的小孔；

(4)将该多孔性材质容器自该水溶液中取出，置入烘箱烘烤至第三温度，使得容器表面及其上密集分布的小孔中的水份蒸发，并令渗入该多孔性材质容器表面及其上小孔中的纳米介质粒子熔融，而与纳米贵金属粒子结合在一起，一同烧结在该多孔性材质容器表面及其上密集分布的小孔中，在该多孔性材质容器表面形成一层纳米贵金属膜。

在本发明的最佳实施例中，如图2所示，该容器是由多孔性陶质材料制成的陶壶或石壶10，该纳米贵金属可为金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钌(Ru)和钯(Pd)等，在该实施例中，先将银研磨成纳米(nanometer)大小的粒子，1纳米等于十亿分之1米(10^-9meter)，纳米级大小的粒子即指约为1～100纳米，也就是说介于分子和次微米间的纳米银粒子，将该纳米银粒子与呈纳米级大小的二氧化硅粒子添加至水溶液中，予以搅拌，使二者在该水溶液中均匀混合，该水溶液的温度可保持在室温状态(约摄氏20～30度)；之后，将该陶壶或石壶10置入烘箱烘烤至约摄氏60～110度，其温差大小足以在该陶壶或石壶10被浸入该水溶液中时，使该水溶液中均匀混合的纳米银粒子与纳米二氧化硅粒子得因温差所产生的渗透效应，随着该水溶液渗透入该陶壶或石壶10表面上密集分布的小孔；等纳米银粒子与纳米二氧化硅粒子均匀渗透入该陶壶或石壶10表面上密集分布的小孔后，将该陶壶或石壶10自该水溶液中取出，置入烘箱烘烤至约摄氏450～950度，使容器表面的水份蒸发，如图3所示，令渗入该陶壶或石壶10表面及其上小孔11中的纳米二氧化硅粒子融解成融熔状的二氧化硅20，与纳米银粒子30结合在一起，并烧结在陶壶或。石壶10表面及其上小孔11中，在该陶壶或石壶10表面形成纳米银膜40。

再参阅图3所示，由于在该实施例中，将纳米银粒子30和纳米二氧化硅粒子烧结在陶壶或石壶10表面及其上密集分布的小孔11中，该纳米银粒子30可与该陶壶或石壶10的多孔性材质永久结合成一体，故所形成的纳米银膜40属于一种长效型的纳米银膜。如前所述，因为该纳米银膜40深入该陶壶或石壶10上密集分布的小孔11中并与多孔性材质永久结合成一体，故其所释放出的银离子不仅具有显著的抑菌和杀菌效果，且可有效抑制霉菌生长，达到使其中盛装的茶叶不易变质或防腐的功能，并可去除异味和催生出茶叶中香味，使得该陶壶或石壶10具备长效抗菌、防腐和催化效果。

在本发明的其它实施例中，该容器可为由多孔性材质制成的陶锅、陶碗、石锅或石碗等用以盛装食物、汤汁或药液的容器，该纳米级大小的二氧化硅粒子可以其它介质的纳米级粒子取代，如：三氧化二铝等，只要其它介质在施加高温烘烤后，可熔融与纳米贵金属粒子结合在一起，并一同烧结在该容器表面及其上的小孔中，形成纳米贵金属膜，即为本发明在此欲主张保护的权利范围。

Claims

1、一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器的制备方法，包括：

将呈纳米级大小的贵金属粒子和介质粒子添加至水溶液中；

利用温差作用所产生的渗透效应，使得纳米贵金属粒子和介质粒子随着该水溶液渗入该多孔性材质容器表面密集分布的小孔；

以高温将渗入该多孔性材质容器表面及其上小孔中的纳米介质粒子熔融，而与纳米贵金属粒子结合在一起，一同烧结在该多孔性材质容器表面及其上小孔中，形成纳米贵金属膜。

2、如权利要求1所述的制备方法，其中在将纳米级大小的贵金属粒子和介质粒子添加至该水溶液后，使二者在水溶液中均匀混合，并使水溶液保持在第一温度；将该容器置入烘箱烘烤至第二温度，所述第二温度大于第一温度，该纳米介质粒子的材料特性与多孔性材质的材料特性相近似，可通过高温将二者烧结在一起。

3、如权利要求2所述的制备方法，其中在将该容器浸入水溶液时，第二温度与第一温度间的温差为足以产生渗透效应，使水溶液中均匀混合的纳米贵金属粒子和纳米介质粒子得以随着该水溶液渗透入该多孔性材质容器表面密集分布的小孔。

4、如权利要求3所述的制备方法，其中包括将该多孔性材质容器从水溶液中取出后，置入该烘箱烘烤至第三温度，使该水溶液中的水份蒸发，并使渗入该多孔性材质容器表面及其上小孔中的纳米介质粒子熔融，从而与纳米贵金属粒子结合，一同烧结在该多孔性材质容器表面及其上密集分布的小孔中，在该多孔性材质容器表面形成纳米贵金属膜。

5、如权利要求4所述的制备方法，其中第二温度与第一温度的温差保持在摄氏40～80度。

6、如权利要求5所述的制备方法，其中第一温度保持在摄氏20～30度。

7、如权利要求5所述的制备方法，其中第二温度保持在摄氏60～110度。

8、如权利要求5所述的制备方法，其中该纳米贵金属为金、银、铂、钌和钯。

9、如权利要求5所述的制备方法，其中该纳米介质粒子为纳米二氧化硅或三氧化二铝粒子。

10、如权利要求9所述的制备方法，其中第三温度保持在摄氏450～950度。

11、一种涂布有纳米贵金属粒子的多孔性材质容器，包括：

容器，其由多孔性材质制成，其表面上密集分布有许多小孔；

介质层，其由纳米介质粒子融溶后所形成，分布在该容器表面及其上密集分布的小孔中，该纳米介质粒子的材料特性与多孔性材质的材料特性相近似，可通过高温将二者烧结在一起；

纳米贵金属粒子，其均匀分布在该介质层中。

12、如权利要求11所述的容器，其中所述的纳米贵金属为金、银、铂、钌和钯。

13、如权利要求11所述的容器，其中所述的纳米介质粒子为纳米二氧化硅或纳米三氧化二铝。