一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用，属于抗菌材料制备技术领域。所述高熵合金化学通式为FeNiCrTi

【技术实现步骤摘要】
一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于抗菌材料制备
，具体涉及一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由细菌、病毒、微生物引发的疾病严重威胁人类的生命健康。然而，由于突变或其他演化，大部分细菌对当前几乎所有的传统抗生素都产生了高度的耐药性。因此，亟需开发具有高效抗菌性能的新型抗菌材料。
[0003]由于Cu、Ag等材料具有天然的抗菌性能，近年来，通过涂层、表面改性、负载等手段已被用于合成大量的抗菌材料。然而，这类材料最大的挑战就是如何保持其长期的抗菌性，因为其抗菌机制主要依赖于Cu、Ag离子的析出，这显然会降低其稳定性、耐蚀性、抗氧化性等。例如，中国专利CN112759253A报道了一种陶瓷用无机纳米复合抗菌材料，通过水热反应得到纳米氧化锌掺银颗粒，热处理将其负载于g
‑
C3N4上，随后超声搅拌将其分散在长余辉材料上，最终合成了所述抗菌复合材料。该材料同样是利用Ag的抗菌特性，复合其他光响应材料，以进一步实现抗菌效果。然而该复合材料制备工艺复杂，且复合结构显然稳定性差，同时氧化锌等半导体材料具有严重的光漂白效果，难以实现长期稳定抗菌。
[0004]高熵合金由于其独特的结构和组成而具有优异的耐蚀性、抗氧化性、稳定性等特点已成为研究热点。最近，研究人员发现，复合3d过渡族金属元素的高熵合金纳米颗粒可通过增强d
‑
d带间跃迁而提高其在太阳光谱的吸收性能，展现出优异的光热转换能力(Angew.Chem.Int.Ed.60,2021,27113)。因此，开发高熵合金纳米颗粒抗菌材料，不仅可以保证其稳定性，而且其纳米尺寸的极大比表面积和大量的活性位点可实现高效抗菌，同时可在太阳光辐照下利用光热转换进一步提高抗菌性能，可谓一举多得。然而，高熵合金纳米颗粒的制备在当前纳米材料制备领域存在相当大的理论和技术挑战，目前合成高熵合金纳米颗粒的方法通常需要负载在各类载体上，如碳热冲击、快速移动热解床、激光扫描烧蚀等技术，这显然会影响其抗菌效果，且这些方法均依赖于极端实验条件下使用的专用特种设备，造价昂贵，难以实现工业应用。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒及其制备方法。该方法制得的高熵合金纳米颗粒无需负载在任何载体上，并且由于高熵合金独特的组成和结构以及纳米材料极大的比表面积等特点，该高熵合金纳米颗粒具有大量的反应活性位点以实现长期稳定高效的抗菌性能。同时，由于带间吸收的增强，该高熵合金纳米颗粒在太阳光辐照下具有优异的光热转换能力，进一步增强抗菌效果。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒，该高熵合金化学通式为FeNiCrTi
x
Mn
y
Cu
z
，其中1.0≤x≤5.0，0.3≤y≤0.8，0.5≤z≤3.5，x，y和z为摩尔比。
[0008]进一步地，该高熵合金的晶相结构为简单固溶体，其混合熵为12.5
‑
14.5J/mol/K。
[0009]进一步地，该高熵合金纳米颗粒的粒径为5
‑
350nm。
[0010]上述高效抗菌的高熵合金纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)原料配制：将金属原料粉末按配比均匀混合后称取5
‑
100g；
[0012](2)压制成型：采用压片机，在5
‑
20MPa的压力下将步骤(1)准备好的原料粉末压制成直径为5
‑
25mm的金属片；
[0013](3)电弧放电：将步骤(2)压制好的金属片放置在直流电弧等离子体放电设备中作阳极，钨电极作为阴极，抽真空至1.0
×
10
‑2Pa以下，充入氢气和保护气体，氢气体积是保护气体的0.1
‑
10倍，总气压保持在1.0
‑
1.0
×
105Pa，引燃电弧，控制电流和电压分别在120
‑
250A和15
‑
30V，蒸发金属片，放电反应1
‑
30min，同时充入冷凝液并静置钝化6h以上，得到所述高熵合金纳米颗粒。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述的金属原料粉末纯度为99％以上，粒径为10
‑
300μm。
[0015]进一步地，步骤(3)中所述的保护气体为氮气、氦气、氖气或氩气的一种或多种混合气体。
[0016]所述高效抗菌的高熵合金纳米颗粒在抗菌领域的应用，在30℃恒温的无光照条件下，浓度为0.2
‑
1.0mg/mL的高熵合金纳米颗粒与浓度为106CFU/mL的铜绿假单胞菌在2216E液体培养基中共培养24h后，其抗菌率可达到95％以上；进一步在一个标准太阳光(1kW m
‑2)照射下，共培养10
‑
60min后，其抗菌率可达到99％以上。
[0017]进一步地，所述的高效抗菌性能所适用的细菌或微生物包括金葡萄球菌、大肠杆菌、希瓦氏菌、铜绿假单胞菌和越南芽孢杆菌中的一种或多种。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]1)创造性地开发了无需负载且具有高效抗菌性能的高熵合金纳米颗粒，进一步丰富了高熵合金纳米材料结构和功能特性库。
[0020]2)制备方法简单，转化率高，原料丰度高，设备造价低，易于大规模批量生产。
[0021]3)制备的高熵合金纳米颗粒兼具高熵结构、纳米尺寸、铜离子析出、光热转换等特性，多重效应协同作用实现优异的抗菌效果。
[0022]4)只需极少量的该高熵合金纳米颗粒即可实现高效的抗菌性能，并且回收循环使用几乎不影响其性能，可实现长期稳定高效抗菌，具有极大的商用价值。
附图说明
[0023]图1为实施例1中高熵合金纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图。
[0024]图2为实施例1中高熵合金纳米颗粒的透射电镜(TEM)图。
[0025]图3为实施例1中高熵合金纳米颗粒的TEM
‑
EDS元素分布图。
[0026]图4为实施例1中高熵合金纳米颗粒的紫外可见近红外吸收光谱图。
[0027]图5为实施例1中高熵合金纳米颗粒在1个标准太阳光辐照下温度变化图。
[0028]图6为实施例1中在恒温及1个标准太阳光辐照后的实验结果平板图。
[0029]图7为实施例1中在恒温及1个标准太阳光辐照后的细菌活/死染色图。
[0030]图8为对比例1中高熵合金纳米颗粒的X射线衍射(XRD)图。
[0031]图9为对比例1中高熵合金纳米颗粒的TEM
‑
EDS元素分布图。
[0032]图10为对比例1中高熵合金纳米颗粒在1个标准太阳光辐照下温度变化图。
[0033]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒，其特征在于，该高熵合金化学通式为FeNiCrTi
x
Mn
y
Cu
z
，其中1.0≤x≤5.0，0.3≤y≤0.8，0.5≤z≤3.5，x，y和z为摩尔比。2.根据权利要求1所述的一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒，其特征在于，该高熵合金的晶相结构为简单固溶体，其混合熵为12.5
‑
14.5J/mol/K。3.根据权利要求1或2所述的一种高效抗菌的高熵合金纳米颗粒，其特征在于，该高熵合金纳米颗粒的粒径为5
‑
350nm。4.一种如权利要求1
‑
3任一所述的高效抗菌的高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)原料配制：将金属原料粉末按配比均匀混合后称取5
‑
100g；(2)压制成型：采用压片机，在5
‑
20MPa的压力下将步骤(1)准备好的原料粉末压制成直径为5
‑
25mm的金属片；(3)电弧放电：将步骤(2)压制好的金属片放置在直流电弧等离子体放电设备中作阳极，钨电极作为阴极，抽真空至1.0
×
10
‑2Pa以下，充入氢气和保护气体，氢气体积是保护气体的0.1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李逸兴，徐大可，杨琳琳，廖怡君，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：