一种纳米碳晶牙刷及制作方法_3

文档序号:9734809阅读:来源:国知局
看出运两种材料都具有多晶结构,而对应的皿TEM图中可 测量出纳米碳晶的晶格间距均为0.21皿,运与金刚石相(111)晶面的晶格间距d=0.206皿非 常接近,运说明本发明中纳米碳晶具有金刚石相结构。
[002引 2. X畑分析 图7是纳米碳晶的XR的普图,图中:a:爆炸法纳米金刚石;b:纳米碳晶。
[0029] 从图7可W看出,运两种材料的出峰位置均在44°左右,经过与标准的PDF卡片比 对,与金刚石相密勒指数为(111)晶面相对应,运再次证明了运两种材料均是由金刚石相构 成的,但是可W看到纳米碳晶在20°~40°之间存在着一个较大的非晶包,纳米碳晶的结晶性 要比爆炸法纳米金刚石弱一些,但依然具有较强的结晶性。根据谢乐公式D=,K为常数,0为 半高宽,人为Cu的Ka射线波长,计算结果DBZ=S. 5nm,DC=3.5nm,爆炸法合成的纳米金刚石的 晶粒大小约是纳米碳晶的2.4倍,由此可见,本发明中的纳米碳晶晶粒比爆炸法合成的纳米 金刚石小,晶界多。小晶粒内部会发生不同程度崎变,从而影响材料的性质,因此本发明合 成的纳米碳晶的活性上优于爆炸法合成的纳米金刚石。
[0030] 3. EDS 分析 图8是纳米碳晶的邸S谱图,图中:a:纳米碳晶;b:爆炸法纳米金刚石。
[0031] 从图8可W看出,本发明中的纳米碳晶基本上都是由C元素组成的,纯度很高,运点 与爆炸法制备的纳米金刚石类似,都属于C材料。
[0032] 4. Raman 分析 图9是爆炸法纳米金刚石和纳米碳晶的Raman光谱图,图中:曰:爆炸法纳米金刚石,b:本 发明的纳米碳晶。
[0033] 从图9上可W非常明显地看到运两种碳材料明显具有不同的Raman光谱图,爆炸法 合成的纳米金刚石还具有C材料典型的特征Raman峰D峰和G峰,而本发明合成的纳米碳晶没 有任何Raman峰,运表明本发明的纳米碳晶与爆炸法纳米金刚石具有不同的碳原子排布。红 外光谱只能对具有红外活性的分子有强的吸收信号,对于纯C元素的晶体,无法使用红外光 谱检测其结构。所谓红外活性,是指偶极变化不为零,结构越对称的结构,那么偶极的变化 就越小,比如C-C,C=C,C = C,0-0,N = N等,运类同核双原子对都是红外非活性的,因此,在 红外光谱上很难观测到运些同核双原子对的伸缩振动特征峰(如果要观测运类同核双原 子,在其周围接上不对称的基团后才能检测到相对微弱的红外吸收峰)。但是,一般而言,红 外活性弱的同核双原子对,其Raman活性会比较强,因此可W断定纳米碳晶与爆炸法纳米金 刚石的C原子排布不同。
[0034] 5.MAS NMR分析 图10是本发明中的纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石的MAS醒R谱图,图中:曰:纳米碳晶; b:爆炸法纳米金刚石。
[0035] 从图10可W看到纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石均出现两个C峰,运说明纳米碳晶 和爆炸法纳米金刚石样品中均有两种不同的碳原子Cl和C2,位置分别在34ppm和30ppm。一 般来说,sp3轨道杂化碳的SC通常在0~60ppm,sp2轨道杂化碳的SC通常在100~22化pm,sp 轨道杂化碳的SC通常在60~9化pm,从图上我们可W看出a、b两种种样品的Cl和C2的SC都在 0~60ppm之间,在其它位置并没有出峰,虽然运两个峰的出峰位置都在0~60ppm之间,但是 Cl和C2的出峰位置相差4卵m,位置很接近,说明Cl和C2所处的化学环境比较接近,结合抓S 分析可知纳米碳晶和爆炸法纳米金刚石样品都是由C元素构成的,所WCl和C2具有不同的 结构。根据Raman光谱结果知道本发明合成的纳米碳晶没有任何Raman光谱峰,而爆炸法合 成的纳米金刚石具有C材料的特征Raman峰,综合W上分析我们可W推断出本发明的纳米碳 晶与爆炸法纳米金刚石的表面C原子排布不同,本发明的碳晶表面的C原子与里层的金刚石 相的C原子构成了一种C原子的二聚体结构,运两个碳原子是非对称分布的,而爆炸法合成 的纳米金刚石表面的C原子和金刚石相的C原子也构成了一种C原子的二聚体结构,运两个C 原子是对称分布的,因此才会出现两种截然不同的Raman峰。非对称的C原子排布相对于对 称排布的C原子来说更具有活性,更加容易与不同的基团进行复合,同时颗粒表面的C原子 活性强也容易团聚在一起,较爆炸法纳米金刚石而言更加容易进行表面功能化处理。
【主权项】
1. 一种纳米碳晶牙刷,由牙刷本体和牙刷丝组成,其中牙刷本体包括牙刷头和与牙刷 头连接的手柄,牙刷头上均布有牙刷丝,其特征在于:牙刷丝是截面为正六边形的柱体结 构;牙刷本体中设有表面功能化处理的纳米碳晶;牙刷丝外表面均布有表面功能化处理的 纳米碳晶;手柄中部倾斜设置有四个环形凹槽,环形凹槽靠近牙刷头的一侧设有一个拇指 凹槽;牙刷丝纵向分布呈波浪形,牙刷丝横向分布呈锯齿形;纳米碳晶为类球形形貌,碳晶 表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构,C原子的二聚体结构中的两 个碳原子为非对称分布;纳米碳晶的平均粒径为R,lnm< 10nm;纳米碳晶的C含量为99 ~100%〇2. 如权利要求1所述的纳米碳晶牙刷,其特征在于:表面功能化处理的纳米碳晶通过以 下步骤制得:将纳米碳晶置于质量比1: (3~5)的浓ΗΝ03/浓H2S04的混合液中,加热回流后进 行离心沉淀,取沉淀物先用蒸馏水洗涤至PH5.0~6.0,再用0.2~0.6mol. L-WaOH溶液洗涤 的同时进行超声分散,然后用0.2~Ο.θπιοΙΙ^Ηα洗涤的同时进行超声分散,最后用去离子 水洗涤后烘干得到表面功能化处理的纳米碳晶。3. 如权利要求2所述的纳米碳晶牙刷,其特征在于:所述牙刷头的顶面为拱形。4. 如权利要求3所述的纳米碳晶牙刷,其特征在于:所述牙刷头通过倾斜设置的连接部 与手柄相连接;连接部与牙刷头形成的角度范围为120°~155°。5. 如权利要求4所述的纳米碳晶牙刷,其特征在于:所述牙刷丝顶端的边缘处设有坡 面。6. 如权利要求1或2或3或4或5所述的纳米碳晶牙刷的制作方法,其特征在于:包括以下 方法:(1)制备牙刷本体:1)将表面功能化处理的纳米碳晶加入到尼龙原料中得到混合原 料,其中纳米碳晶占混合原料总重的〇. 5%~2.5%; 2)将步骤1)得到的混合原料在110°C ± 2 °〇温度下搅拌混匀,再将混匀的混合原料加入造粒机中进行造粒制成牙刷本体;(2)制备牙 刷丝:1)将牙刷丝原料接入喷丝机,将喷丝口的内径设定为正六边形,进行喷丝;2)在喷丝 机喷丝口处接入微粉压力喷涂器,将表面功能化处理的纳米碳晶喷涂在步骤1)喷出的处于 熔融状态的牙刷丝表面;3)步骤2)中得到的牙刷丝制型得到牙刷丝成品;(3)将步骤(2)制 备的牙刷丝安装到步骤(1)制备的牙刷本体上,得到纳米碳晶牙刷。7. 如权利要求6所述的纳米碳晶牙刷的制作方法,其特征在于:纳米碳晶的表面功能化 处理方法如下:将纳米碳晶置于质量比1: (3~5)的浓ΗΝ03/浓H2S〇4的混合液中,加热回流后 进行离心沉淀,取沉淀物先用蒸馏水洗涤至PH5.0~6.0,再用0.2~0.6mol. L-SaOH溶液洗 涤的同时进行超声分散,然后用0.2~Ο.θπιοΙΙ^Ηα洗涤的同时进行超声分散,最后用去离 子水洗涤后烘干得到表面功能化处理的纳米碳晶。
【专利摘要】本发明属于牙刷技术领域,具体公开了一种纳米碳晶牙刷,由牙刷本体和牙刷丝组成,其中牙刷本体包括牙刷头和与牙刷头连接的手柄,牙刷头上均布有牙刷丝,牙刷丝是截面为正六边形的柱体结构;牙刷本体中设有表面功能化处理的纳米碳晶;牙刷丝外表面均布有表面功能化处理的纳米碳晶;手柄中部倾斜设置有四个环形凹槽,环形凹槽靠近牙刷头的一侧设有一个拇指凹槽;牙刷丝纵向分布呈波浪形,牙刷丝横向分布呈锯齿形;纳米碳晶为类球形形貌,碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构,C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布;纳米碳晶的平均粒径为R,1nm≤R≤10nm;纳米碳晶的C含量为99~100%。本发明结构简单、效果好且成本低。
【IPC分类】A46D1/04, A46B5/00, A46B9/04, A46D1/00, A46B7/00, A46B5/02, A46D3/00
【公开号】CN105496001
【申请号】CN201510973146
【发明人】何本锋, 武艳强, 刘君丽, 郭留希, 赵清国, 刘永奇, 杨晋中, 张建华, 邵静茹, 穆小娜
【申请人】郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月22日
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