CN101991918B - 能增加远红外线产生效能的纳米复合材料及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能增加远红外线产生效能的纳米复合材料及其制作方法，该方法是将水溶性贵金属盐、远红外线粒子、还原剂、水溶性压克力粉末及水溶性黏着剂等成份，均匀混合入水中形成混合溶液，将混合溶液实施干燥，且对完全干燥后获得的材料予以机械性粉碎，即能得到本发明之纳米复合材料，该纳米复合材料中的远红外线粒子表面上均匀且稳固地附着有贵金属纳米粒子。当使用者将该等材料或织物贴附在人体表面或十分靠近人体时，即能利用贵金属纳米粒子作为高效率的能量转换材料，吸收周遭的光能及热能，以激发远红外线粒子将其转换成远红外线，回馈进入人体内，以使人体内的局部组织升温，令微血管扩张，以达到促进血液循环及新陈代谢的功能及效果。

Description

能增加远红外线产生效能的纳米复合材料及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料及其制作方法，尤指一种能使贵金属纳米粒子附着在远红外线粒子上而形成的纳米复合材料，该纳米复合材料被添加至非金属的可塑性材料中，或涂布至非金属织物的表面上，且贴附在人体表面或十分靠近人体时，其中的远红外线粒子能利用贵金属纳米粒子作为高效率的能量转换材料，吸收周遭的光能及热能，且将光能及热能转换成远红外线，回馈进入人体内，达成促进血液循环及新陈代谢的功能及效果。

背景技术

一般言，太阳光可概分为可见光及不可见光，可见光经三棱镜折射后，会产生红、橙、黄、绿、蓝、青、紫等七色光，其中红光外侧的光线是不可见光，波长由0.76-1000微米，被称为“红外线”，红外线中4-400微米波长者又被称为“远红外线”，而远红外线中90％的波长是介于8-14微米范围，由于，此一波长范围的远红外线能促进动物及植物的生长，故，科学家乃将其称之为“生命光线”。

人体主要由水及蛋白质所构成，除此之外，还包括钙、铁、钠、钾等微量金属元素，该等微量金属元素能产生5-30微米波长范围的远红外线，且根据物理学理论，亦能大量吸收5-30微米波长范围的远红外线。远红外线与可见光及近红外线光不同的地方，是它具有十分强烈的渗透力，能深入皮下组织，引起血液中的水分子振动。一般言，人体约70％是水分，血液中的水分比率更高达80％，若人体内的血气不足时，血液中的水分子便会集结成惰性水(即四个氢分子和一个氧分子结合)，不能通过细胞膜，当远红外线深入人体时，即能使水分子产生共振，惰性水细化成为独立水分子(即两个氢分子和一个氧分子结合)，提高身体的含氧量，细胞因而能恢复活力，使人的精神更畅旺、头脑更灵活，进而提高抗病能力，延缓衰老，另，由于独立水分子能自由出入细胞膜间，透过共鸣共振，转化为热能，令皮下深层的温度微升，加快血流速度，扩张微血管，由于微血管的功能是向人体60兆个细胞供应氧气和营养，同时，将新陈代谢产生的废物排出体外，该等废物包括：导致癌症的重金属、导致疲劳及老化的乳酸、游离脂肪酸及皮下脂肪、导致高血压的铀离子、及导致疼痛的尿酸，故在微血管开放愈多的情况下，不仅能使心脏的压力自然舒减，尚能促进血液循环，将瘀血等妨害新陈代谢的障碍全部消除干净，重新使组织复活，促进酵素生成，使原本滞留体内的废物、汗液和水分一起排出体外，令肝脏及肾脏能因废物被顺利排出而更为健康；反之，若微血管的循环系统出现毛病，将会导致多种疾病，包括：高血压、心血管疾病、肿瘤、关节炎、四肢冰冷麻痹等。因此，近年来颇为盛行的远红外线疗法，就是利用此特性而产生的划时代疗法。

现今普遍使用的远红外线原料大概区分为两种，其一为具有远红外线放射能量的天然矿石，如：麦饭石、花岗石、白云石、蛇纹石与硅矿等，另一则为利用特殊原料高温烧结而成的远红外线陶瓷，业者主要是将该等远红外线原料磨成粉末后，混进纤维高分子原料内，经抽丝、纺纱及织布等制程，制作出远红外线蓄热保温的纤维制品，其中最引人注意者是能产生对人体最有益的4μm-14μm波长(即生育光线)的远红外线产品，尤其是，对于生活在寒冷气候的老年人，由于运动量较少且体力较弱，极容易产生许多病变，故透过使用远红外线蓄热保温的纤维制品，吸收来自太阳光能和人体自身所释放出的能量，再转变而放射出4μm-14μm波长的远红外线，即能有效提高老年人身体的保温效果，促进血液循环及活化细胞，以增进身体健康。一般言，参阅图1所示，血液中的水分子通常是由单水分子10及大水分子团11混合存在，再请参阅图2所示，当4μm-14μm波长的远红外线20(或电磁波)照射大水分子团21时，会诱使大水分子团21震荡分散，造成大水分子团21细化成单水分子22，待远红外线20供给能量终止后，已细化的单水分子22又会逐渐团聚，而回复成大水分子团21。因此，若能于人体表面持续产生远红外线20，令远红外线20持续地能与水分子产生共振作用，使得水内的大水分子团21细化，进而活化人体内的水分子，即能达到活化人体内组织细胞，促进血液循环，增进新陈代谢的功能与效果。

近年来，虽然已有许多业者将远红外线原料应用至各种非金属的织物(如：内衣裤、护肘、护腰、手套、围巾及夹克等)及非金属的可塑性材料(如：乳液、乳胶、硅胶及纤维等)的制作上，该等远红外线原料需在人体温度36.5℃-37.0℃的范围内，始能产生对人体具有最好效果及最大放射率的远红外线，但是，由于该等远红外线原料是混合在该等材料或织物中，大部份的远红外线原料无法获得光线照射，且人体热能被远红外线原料吸收转换成远红外线的效能不高，导致无法使该等远红外线原料激发出对人体具有最好效果的远红外线，故该等材料或织物产生远红外线的效能不彰，难能达到预期的保健及治疗效果。

因此，如何设计出一种纳米复合材料，使得其中的远红外线粒子能更有效率地吸收人体散发出的热能，以有效激发出对人体具有最好效果及最大放射率的远红外线，大幅提高该纳米复合材料制成品的远红外线产生效能，即成为各业者亟欲解决的重要课题。

发明内容

本发明所解决的主要技术问题在于，鉴于前述传统作法的诸多缺点开发设计一种能增加远红外线产生效能的纳米复合材料，该纳米复合材料中的远红外线粒子，能利用其表面附着的贵金属纳米粒子作为高效率的能量转换材料，大幅吸收周遭光能及热能，以转换成远红外线，回馈进入人体。

本发明还提供了所述能增加远红外线产生效能的纳米复合材料的制作方法。

根据本发明的目的之一，将贵金属(如：钯、铂或镍)纳米粒子、远红外线粒子(约1-100微米大小)、水溶性压克力粉末及水溶性黏着剂等成份，依预定的重量百分比，均匀混合入水中，形成混合溶液，其中该水溶性压克力粉末为水溶性分散剂，其作用是在溶解于水中后，能使远红外线粒子及贵金属纳米粒子均匀且分散地悬浮在混合溶液中；该水溶性黏着剂的作用是使贵金属纳米粒子能稳固地附着在远红外线粒子上；待该等成份在该混合溶液中均匀混合，形成浓稠状的混合溶液后，将混合溶液予以干燥，且对完全干燥后获得的材料予以机械性粉碎，即能得到本发明的纳米复合材料，该纳米复合材料中的远红外线粒子表面上均匀且稳固地附着有贵金属纳米粒子。如此，当该纳米复合材料被添加至非金属的可塑性材料(如：乳液、乳胶、硅胶及纤维...等材料)中，或涂布至非金属织物(如：内衣裤、护肘、护腰、手套、围巾及夹克等织物)的表面上时，由于该等贵金属被纳米化后，将会变成黑色(如：钯黑、铂黑或镍黑)，对光及能量具有极低的反射率，通常均低于1％，故当使用者将该等材料或织物贴附在人体表面时，即能利用贵金属纳米粒子作为高效率的能量转换材料，吸收周遭的光能及热能，以激发远红外线粒子并将其转换成远红外线，回馈进入人体内，以使人体内的局部组织升温，令微血管扩张，以达到促进血液循环及新陈代谢的功能及效果。

根据本发明另一目的，将水溶性的贵金属盐(如：氯化钯、氯铂化钾或氯化亚镍)、远红外线粒子、还原剂、水溶性压克力粉末及水溶性黏着剂等成份，依预定的重量百分比，均匀混合入水中，形成混合溶液，其中由于贵金属盐具有完全溶解于水，能在水中解离出贵金属离子(如：钯离子、铂离子或亚镍离子)的特性，且贵金属离子极易与远红外线粒子键结，故能在该混合溶液的调制过程中，均匀附着在远红外线粒子的表面上；该还原剂是由乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA·2Na)、氢氧化钾(KOH)及碳酸氢钾(KHCO₃)等成份，依预定的重量百分比混合而成的水溶液，该还原剂能在混合溶液中提供贵金属离子还原成贵金属纳米粒子所需的电子，使得贵金属离子能藉由该还原剂的氧化作用，逐渐在远红外线粒子表面上形成贵金属纳米粒子(如：钯金属纳米粒子、铂金属纳米粒子或镍金属纳米粒子)；该水溶性压克力粉末是水溶性分散剂，其作用是在溶解于水中后，能使远红外线粒子均匀且分散地悬浮在混合溶液中；该水溶性黏着剂的作用是使贵金属纳米粒子能稳固地附着在远红外线粒子上；待该等成份在该混合溶液中均匀混合，形成浓稠状的混合溶液后，对混合溶液予以干燥及粉碎处理，即能得到本发明的纳米复合材料。如此，当该纳米复合材料被添加至非金属的可塑性材料中，或涂布至非金属织物的表面上，且贴附在人体表面时，远红外线粒子即能利用其上附着的贵金属纳米粒子，作为高效率的能量转换材料，吸收周遭的热能，并将其转换成远红外线，回馈进入人体，以达成促进血液循环及新陈代谢的功能及效果。

为让阅读者能对本发明的目的、技术特征及其功效，有更进一步的认识与了解，兹特举若干实施例，并配合图式，详细说明如下。

附图说明

图1是液态水的分子结构示意图；

图2是经远红外线照射的液态水分子的结构变化示意图；

图3是使用本发明的纳米复合材料制成品的剖面示意图；及

图4是本发明制成的硅胶片的测试结果图。

附图中主要组件符号说明

单水分子   ：  10，22

大水分子团 ：  11，21

远红外线      ：  20，34

制成品        ：  30

远红外线粒子  ：  31

贵金属纳米粒子：  32

光能及热能    ：  33

人体          ：  35

具体实施方式

目前存在具远红外线辐射特性的物质有很多种，常见的远红外线辐射性物质，依其化学结构的不同，可概分为下列五种：

(1)氧化物：如：氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO₂)、氧化硅(SiO₂)等。

(2)碳化物：如：碳化锆(ZrC)、碳化硅(SiC)、碳化硼(B₄C)、碳化钽(TaC)等。

(3)硼化物：如：硼化钛(TiB₂)、硼化锆(ZrB₂)、硼化铬(CrB₂)等。

(4)硅化物：如：硅化钛(TiSi₂)、硅化钼(MoSi₂)、硅化钨(WSi₂)等。

(5)氮化物：如：氮化硅(Si₃N₄)、氮化钛(TiN)等。

该等远红外线辐射性物质被使用最多者是氧化物，其次为碳化物，因此，在本发明的下列实施例中是以上述氧化物类的远红外线的粒子为例进行说明，但是，本发明在实际实施过程中，并不局限于此，故本发明在后续说明中所述及的远红外线粒子是指前述任一种远红外线辐射性物质的粒子，或由前述多种远红外辐射性物质的粒子混合而成者，特此说明。本发明所采用的贵金属是基于了商业行为中的划分，公认和常用的贵金属纳米粒子包括钯纳米粒子、铂纳米粒子或镍纳米粒子。

有鉴于铂(Pt)金属材料是一种化学性极为稳定的惰性贵金属，其在正常态样下，虽为银色，但若将其制作成纳米级微粒，其颜色将会由银色转变为黑色，亦被称为铂黑，此时，由于尺寸效应和大比例的表面积效应，将使铂金属从惰性物质转变成活性极佳的催化剂，能产生近似原子的特性，且带有电位，能透过将电位传达给活性氧的方式，达到抗氧化作用。此外，由于铂金属纳米粒子对光能及热能的反射率极低，通常低于1％，亦即大约几微米的直径就能完全消光，所以为一种高效率的能量转换材料。发明人乃利用铂金属纳米粒子的前述特性，研发出本发明之方法，以使铂金属纳米粒子能附着在远红外线粒子上形成纳米复合材料，使得该纳米复合材料的制成品被贴附在人体表面或十分靠近人体时，远红外线粒子能利用铂金属纳米粒子作为高效率的能量转换材料，吸收周遭的光能及热能，且将其转换成远红外线，回馈进入人体内，以达成促进血液循环及新陈代谢的功能及效果。另外，其它贵金属(如：钯及镍)被纳米化后，亦会变成黑色(如：钯黑或镍黑)，对光及能量亦具有极低的反射率，故本发明所述的贵金属纳米粒子，并不局限于铂金属纳米粒子，而是泛指所有被纳米化后会变成黑色的贵金属纳米粒子，或由前述多种贵金属纳米粒子混合而成者。

在本发明的第一个最佳实施例中，将水溶性的贵金属盐、远红外线粒子、还原剂、水溶性压克力粉末及水溶性黏着剂等成份，依预定的重量百分比，均匀混合入水中，形成混合溶液，由于贵金属盐能完全溶解于水溶液，具有在水溶液中解离出贵金属离子的特性，且极易与远红外线粒子键结，而在该混合溶液的调制过程中，均匀附着在远红外线粒子的表面上，而该还原剂能在混合溶液中提供电子，使得贵金属离子能借此取得电子，而还原成贵金属纳米粒子，且逐渐附着在远红外线粒子表面上。待该等成份在该混合溶液中均匀混合，形成浓稠状的混合溶液后，将混合溶液予以干燥，且对完全干燥后获得的材料予以机械性粉碎，即能得到本发明之纳米复合材料，该纳米复合材料中的远红外线粒子表面上均匀且稳固地附着有贵金属纳米粒子。故当该纳米复合材料被添加至非金属的可塑性材料(如：乳液、乳胶、硅胶及纤维...等材料)中，或涂布至非金属织物(如：内衣裤、护肘、护腰、手套、围巾及夹克等织物)的表面上时，即能使该纳米复合材料均匀分布在该等材料中或该等织物表面上。

在该第一个最佳实施例中，所述混合溶液由水、氧化物类的远红外线粒子、水溶性的铂金属盐、还原剂、水溶性压克力粉末及水溶性黏着剂等成份，依下列的重量百分比，均匀混合而成：

(1)水：其重量百分比为35％-97％；

(2)氧化物类的远红外线粒子：其重量百分比为0.2％-10％，在该实施例中，是先将较大颗粒的氧化物类的远红外线粒子研磨成约1-100微米大小的粒子；

(3)水溶性的铂金属盐：其重量百分比为0.001％-5％，该铂金属盐可为氢氯铂酸(H₂PtCl₆)、氯铂化钾(K₂PtCl₆)或氯亚铂化钾(K₂PtCl₄)等，在该实施例中仅以氯铂化钾为例，进行说明，由于铂金属盐具有可完全溶解于水溶液，并在水溶液中解离出铂金属离子的特性，且因铂金属离子又具有亲氧的特性，故极易与远红外线粒子上的氧键结，而在该混合溶液的调制过程中，均匀附着在远红外线粒子的表面上；

(4)还原剂：其重量百分比为0.5％-10％，由乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA.2Na)、氢氧化钾(KOH)及碳酸氢钾(KHCO₃)等成份，依预定的重量百分比，混合而成的水溶液，在该还原剂中，乙二胺四乙酸二钠盐的重量百分比为0.15％-3％，氢氧化钾的重量百分比为0.08％-1.5％，碳酸氢钾的重量百分比为0.3％-6％，该还原剂能在混合溶液中提供铂金属离子还原成铂金属纳米粒子所需的电子，使得铂金属离子能藉由该还原剂的氧化作用，逐渐在远红外线粒子表面上形成铂金属纳米粒子；

(5)水溶性压克力粉末：其重量百分比为2％-30％，其中该水溶性压克力粉末是一水溶性分散剂，其作用是在溶解于水中后，能使远红外线粒子均匀且分散地悬浮在混合溶液中，在该实施例中，该水溶性压克力粉末是一聚丙烯酸衍生物(Polyacrylic acid derivative)，能使远红外线粒子均匀分散在混合溶液中，而不致发生沉淀或淤积结块的现象；

(6)水溶性黏着剂：其重量百分比为0.2％-10％，该水溶性黏着剂是用以包覆在混合溶液中均匀且分散的远红外线粒子及铂金属纳米粒子的表面，在该实施例中，该水溶性黏着剂是包含聚尿酯树脂(Urethane polymer)、N-甲基比咯酮(N-Methyl Pyrrolidinone)及三乙胺(Triethylamine)等成份。

本发明亦能视实际的需要，在调制混合溶液的过程中，依预定的重量百分比，直接加入贵金属纳米粒子，以均匀混合成浓稠状的混合溶液，然后，对混合溶液进行干燥及粉碎处理，以得到本发明之纳米复合材料，使得该纳米复合材料中的远红外线粒子表面上亦均匀且稳固地附着有贵金属纳米粒子。在本发明的第二个最佳实施例中，该混合溶液由水、碳化物类的远红外线粒子、铂金属纳米粒子、水溶性压克力粉末及水溶性黏着剂等成份，依下列的重量百分比，均匀混合而成：

(1)水：其重量百分比为45％-97.5％；

(2)碳化物类的远红外线粒子：其重量百分比为0.2％-10％，其大小约1-100微米；

(3)铂金属纳米粒子：其重量百分比为0.001％-5％，是将铂金属研磨成纳米大小的粒子；

(4)水溶性压克力粉末：其重量百分比为2％-30％，其作用是在溶解于水中后，能使远红外线粒子及铂金属纳米粒子均匀且分散地悬浮在混合溶液中，而不致发生沉淀或淤积结块的现象；

(5)水溶性黏着剂：其重量百分比为0.2％-10％，该水溶性黏着剂是用以包覆混合溶液中均匀分散的远红外线粒子及铂金属纳米粒子的表面，使铂金属纳米粒子能在该混合溶液的调制过程中，均匀附着在远红外线粒子的表面上。

由于，在前述实施例中，该混合溶液中的铂金属纳米粒子，能在该混合溶液的调制过程中，均匀附着在远红外线粒子的表面上，而形成本发明所称的纳米复合材料，故当该纳米复合材料被添加至非金属的可塑性材料中，或涂布至非金属织物的表面上，而制作出一制成品30时，参阅图3所示，其中的远红外线粒子31能均匀地分布在该制成品30中，或其表面上，此时，由于远红外线粒子31的表面上均匀地附着有铂金属纳米粒子32，而铂金属纳米粒子32因对光及能量具有极低的反射率(低于1％)，故当使用者将该制成品30贴附在人体表面或十分靠近人体时，其中的远红外线粒子31即能利用铂金属纳米粒子32，作为高效率的能量转换材料，吸收人体及周遭的光能及热能33，将其转换激发出4μm-14μm波长(即生育光线)的远红外线34，回馈进入人体35，使体内分子、原子产生共振，促使水分子振动，使得水分子和水分子间摩擦升热，进而使人体皮下温度上升，产生热涨冷缩效应，促使微血管扩张，令血液循环更为顺畅，如此，即能增进新陈代谢，有效清除血管内的囤积物、体内尿酸、重金属等毒素及有害物质，活化组织细胞及防止老化，且刺激新酵素的产生，进而强化免疫系统，提升身体免疫力，使人体生理机能更为活络。

本发明在实际实施时，是将该第二个最佳实施例所制作的纳米复合材料加入硅胶原料中，并据以作成硅胶片后，委由中山科学研究院红外线量测实验室，在温度为摄氏20度及湿度为60％的测试环境条件下，根据ASTM-E 1933的规范，将该硅胶片加热至摄氏60.5度后，以FLIR-SC2000的量测仪器，对该硅胶片进行测试，获得如图4所示的测试结果，显示该硅胶片激发出8μm-12μm波长的远红外线的发射效率(emissivity)高达0.949。

以上所述仅为本发明的最佳具体实施例，但本发明的特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，根据本发明的设计理念，以前述的其它远红外线辐射性物质替代该氧化物类或碳化物类的远红外线粒子，或以其它贵金属纳米粒子替代该铂金属纳米粒子，皆应涵盖在以下本发明的申请专利范围中。

Claims (2)

1.一种能增加远红外线产生效能的纳米复合材料的制作方法，该方法是将含远红外线粒子的混合溶液进行干燥，并对完全干燥后获得的材料进行机械性粉碎，以得到一纳米复合材料，其中该混合溶液包括：

水，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为45％-97.5％；

远红外线粒子，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.2％-10％，是将具远红外线辐射性的物质研磨而成的粒子，其粒径为1-100微米；

贵金属纳米粒子，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.001％-5％，是将贵金属研磨得到的纳米级粒子，包括钯纳米粒子、铂纳米粒子或镍纳米粒子；

水溶性压克力粉末，为水溶性分散剂，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为2％-30％，且其作用是在溶解于水中后，能使远红外线粒子及贵金属纳米粒子均匀且分散地悬浮在混合溶液中；及

水溶性黏着剂，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.2％-10％，包含聚尿酯树脂、N-甲基比咯酮及三乙胺成份，该水溶性黏着剂使贵金属纳米粒子能稳固地附着在远红外线粒子上。

2.一种能增加远红外线产生效能的纳米复合材料的制作方法，该方法是将含远红外线粒子的混合溶液，经氧化还原反应后实施干燥，且对完全干燥后获得的材料进行机械性粉碎，以得到纳米复合材料，其中该混合溶液包括：

水，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为35％-97％；

远红外线粒子，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.2％-10％，是将具远红外线辐射性的物质研磨而成的粒子，其粒径为1-100微米；

贵金属盐，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.001％-5％，包括钯金属盐、铂金属盐或镍金属盐，其具有完全溶解于水及在水中解离出贵金属离子的特性，使得贵金属离子能与远红外线粒子键结而在该混合溶液的调制过程中，均匀附着在该远红外线粒子的表面上；

还原剂，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.5％-10％，是由乙二胺四乙酸二钠盐、氢氧化钾及碳酸氢钾混合而成的水溶液，乙二胺四乙酸二钠盐在所述还原剂中的重量百分比为0.15％-3％，氢氧化钾在所述还原剂中的重量百分比为0.08％-1.5％，碳酸氢钾在所述还原剂中的重量百分比为0.3％-6％，该还原剂在混合溶液中提供贵金属离子还原成贵金属纳米粒子所需的电子，使得贵金属离子能通过该还原剂的氧化作用，逐渐在远红外线粒子表面上形成贵金属纳米粒子；

水溶性压克力粉末，为水溶性分散剂，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为2％-30％，且其作用是在溶解于水中后，能使远红外线粒子均匀且分散地悬浮在混合溶液中；及

水溶性黏着剂，以所述混合溶液的总重量计，重量百分比为0.2％-10％，包含聚尿酯树脂、N-甲基比咯酮及三乙胺成份，该水溶性黏着剂使贵金属纳米粒子能稳固地附着在远红外线粒子上。

Images