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不锈钢表面抗菌薄膜的制备

汪铭  
【摘要】: 不锈钢是人类应用最广的金属材料之一,将其赋予抗菌性能是抗菌材料研究的新热点。本课题研究不锈钢的表面抗菌化,在不锈钢表面制备两种性质不同的抗菌膜层,即掺银TiO_2、SiO_2无机抗菌薄膜和掺银有机硅烷抗菌薄膜。 为提高无机薄膜和不锈钢基板之间的浸润性和结合强度,以及为使不锈钢基板具有更高反应活性,以提高有机硅烷薄膜与不锈钢基板间的结合能力,对不锈钢基板进行氧化处理,制备两种氧化程度不同的不锈钢:AA和AB,分别作为掺银TiO_2、SiO_2抗菌不锈钢和掺银有机硅烷抗菌不锈钢的基板材料。同时,以未氧化处理的普通不锈钢为基板作对照实验。 实验分别以钛酸丁酯和正硅酸乙酯为先驱剂,硝酸为催化剂,硝酸银引入银离子,以溶胶—凝胶法配制掺银TiO_2、SiO_2溶胶。以浸渍提拉法在不锈钢基板表面施涂膜层,提拉速度10cm/min。经550℃热处理,制得掺银TiO_2、SiO_2抗菌不锈钢。以乙烯基三甲氧基硅烷为原料,乙醇为溶剂,乙酸为催化剂,硝酸银引入银离子配制掺银有机硅烷水解溶液。以浸渍提拉法在不锈钢表面施涂膜层,在80℃下烘干一小时,制得掺银有机硅烷抗菌不锈钢。 对制得的抗菌不锈钢进行扫描电镜、X射线衍射谱、X射线光电子谱、接触角、耐蚀性测试、膜层机械性能测试、抗菌性能测试等分析,讨论了样品中膜层结构与性能间的关系。 通过对样品XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)、XRD(X-ray Diffraction)、SEM(Scanning Electron Microscope)等的研究,发现经550℃热处理的二氧化钛薄膜主要呈锐钛矿相,存在少量金红石相。纯TiO_2薄膜中存在大量铁的氧化物,掺银TiO_2膜层中,由于银的存在,TiO_2与氧化铁结合生成钛酸铁,且随银含量增大,钛酸铁的含量增多。经550℃热处理,SiO_2薄膜仍为无定型态。银在TiO_2膜层中主要以一价态存在,也存在零价态和二价态。在有机硅烷薄膜中,银以一价态化合物的形式存在。 以大肠杆菌为菌种,对样品进行抗菌测试结果表明:银的抗菌机理为银离子接触抗菌,添加银离子的量只需为膜层质量的2%-3%,薄膜即有良好抗菌能力。有机硅烷薄膜对银离子的溶出有缓释效果。二氧化钛薄膜是光催化抗菌,掺银二 浙江人学帧卜论义 氧化钛薄膜阻止光生电子一光生空穴的分离,改变了Ti OZ的能带结构,提高了 它的光催化活性。


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