[发明专利]低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料在生物医用材料中应用的新型学科领域。涉及使用化学气相沉积系统（CVD）生长多壁碳纳米管（MWCNTs）；特别是利用高真空离子束辅助沉积系统（IBAD）产生低能氮离子束轰击制备的MWCNTs，以达到改善MWCNTs生物相容性的新技术。 

背景技术

碳是自然界里存在最丰富的元素之一，以人体为例，碳元素约占人体总重量的18%左右。同时，碳也是自然界中性质最为独特的元素，它能以不同的成键方式形成结构和性质迥异的同素异形体（石墨和金刚石）。1991年，碳材料的一维形式——碳纳米管的发现，为碳家族的研究注入了新的活力。十余年的时间里，碳纳米科技已蓬勃发展成为一门多学科交叉的、基础研究和应用研究紧密联系的新型学科。随着实验室手段和技术的提高，在纳米尺度内控制碳材料的结构从而控制材料的性质成为可能，在此基础上与生命科学形成良好的配合和互动，使得碳纳米科技为生物研究提供新的材料和方法。原始状态下碳纳米管是成千上万个处于芳香不定域系统中的碳原子组成的大分子，以团聚的方式存在，其化学稳定性高，一般不溶于任何溶剂，且在溶液中“易聚集成团”，妨碍了对其进行分子水平研究及操作应用，也难于将它纳入生物体系，大大限制了碳纳米管在生物学方面的应用。为利用碳纳米管的优异的性能，对碳纳米管进行表面修饰是非常必要的。 

在特定条件下，碳纳米管表面存在一些晶格缺陷，特别是多壁碳纳米管，在合成过程中可以捕获多个缺陷，通过这些缺陷可以在碳纳米管表面引入某些具有反应活性官能团，达到对碳纳米管进行化学修饰的目的。表面处理技术（如气相沉积、电镀、等离子喷涂、离子注入等）代价小、耗时少，在制备和修饰综合性能良好的生物医用材料方面优势显著。其中，低能离子束轰击技术可以将带电离子经电场加速后，轰击固体材料表面，从而引起材料表层成分和结构的改变，导致原子环境和电子组态等微观状态的改变，改善材料表面性能。将低能离子束轰击技术用于碳纳米管材料表面改性，以达到改善纳米管材料生物相容性的研究目前尚未见文献报道。 

发明内容

本发明的一个目的在于首先公开了使用低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管。 

本发明的另一个目的在于公开了低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管的制备方法。 

本发明的再一个目的在于公开了低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管在提高多壁碳纳米管材料亲水性方面的应用，以及作为具有细胞相容性的组织支架材料以及与血液相接触的材料方面的应用。 

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术内容： 

低能氮离子束轰击的有多壁碳纳米管，其特征在于它是由在预先喷涂的多壁碳纳米管基片上轰击低能氮离子束组成；其中轰击氮离子的束流为5-25 mA，本底真空1.9×10^-4-2.0×10^-4 Pa；轰击能量为200 eV；所述低能氮离子的原子百分数为7.8%-9.3%。

本发明所述低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管，其中的多壁碳纳米管为粉末状，可可以喷涂在二氧化硅片或碳片基片为衬底的基片上。 

本发明的多壁碳纳米管（纯度：90％，直径：10-20nm，长度：5-15μm），按比例与十二烷基硫酸钠（SDS）混合后溶解在蒸馏水中，喷涂于预先烧制了碳层的二氧化硅（SiO₂）基片上，基片直径15 mm，厚度0.5 mm。 

本发明进一步公开了低能氮离子束轰击的多壁碳纳米管的制备方法，其特征在于使用考夫曼离子枪对预先喷涂多壁碳纳米管的基片，采用纯度99.99%氮源进行低能氮离子束轰击；其中本底真空1.9×10^-4-2.0×10^-4 Pa，氮气流量保持在4.0 sccm；轰击过程中总的工作气压保持在1.2×10^-2-1.3×10^-2 Pa之间，轰击能量为200 eV；通过控制辅助枪束流（5-25mA）在多壁碳纳米管（MWCNTS）上注入N元素。