应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层及其制备方法技术

本发明专利技术属于光催化耐磨杀菌技术领域，具体涉及应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层及其制备方法，以铝合金为基底，采用原子层沉积技术在铝合金表面制备具有优异化学稳定性、光催化杀菌性的TiO2/ZnO复合镀层，采用化学法进一步在TiO2/ZnO复合镀层表面嫁接PEG层。本发明专利技术采用原子层沉积以及化学溶液嫁接相结合的方法，制备出TiO2/ZnO镀层，使基底兼具光催化杀菌抗菌以及抗细菌、微生物、无机盐沉淀等污染物粘连的功能，并且由于原子层沉积以及化学法的高保形的特性，其可用于任意形状及尺寸的基底上。状及尺寸的基底上。状及尺寸的基底上。

【技术实现步骤摘要】
应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层及其制备方法


[0001]本专利技术属于光催化耐磨杀菌
，具体涉及应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金是有色金属中最常用的材料之一，其密度低、力学性能与加工性能好，具有耐蚀性能、传热性和导电性优良等特点，并且无毒、易于回收，广泛应用于食品加工、材料化工行业、船舶行业、交通运输、航空航天、光学仪器等领域。
[0003]由于空气氧化，铝合金表面会产生氧化铝薄膜，氧化铝薄膜就可以避免铝合金基体受到外界环境的侵蚀从而达到保护的作用，但其不能抵抗细菌的附着和繁殖，细菌附着会对铝合金造成污染，并影响其使用性能，因此，需要对铝合金表面进行耐蚀抗菌改性。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层及其制备方法，采用原子层沉积技术(ALD)制备具有光催化降解杀菌、自清洁作用的ZnO掺杂TiO2镀层，在其上利用化学溶液接枝法嫁接PEGs层，使基底在兼具光催化杀菌抗菌的同时，还具有抗细菌、微生物等污染物粘连的能力。
[0005]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
[0006]一种应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层，采用原子层沉积技术在铝合金表面交替沉积TiO2层和ZnO层，制备复合镀层，之后在复合镀层外表面接枝PEGs层。
[0007]优选的，所述ZnO镀层中ZnO纳米颗粒呈针状。
[0008]优选的，所述复合镀层的厚度为100～500nm。
[0009]优选的，所述TiO2/ZnO的镀层为多层结构，其结构为一层50～100nmTiO2镀层，其上覆盖一层5～10nmZnO镀层，交替制备。
[0010]本专利技术还提供了上述应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层的制备方法，包括以下步骤：
[0011]该复合镀层的制备方法结合原子层沉积以及化学溶液嫁接法两种工艺，首先采用原子层沉积法在铝合金基底上沉积具有光催化降解，杀菌性能的TiO2/ZnO镀层，再采用化学溶液嫁接法在TiO2/ZnO镀层上嫁接具有抗污性能的PEGs层，具体的：
[0012]S1、对铝合金表面进行预处理；采用原子层沉积技术在预处理后的铝合金基底上交替沉积TiO2层和ZnO层，制备复合镀层；
[0013]S2、对S1复合镀层进行真空退火处理；
[0014]S3、用化学溶液嫁接法，在S2处理后的复合镀层表面先接枝聚多巴胺(PDA)层，用化学溶液嫁接法，再接枝PEGs层，即制得抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层。
[0015]优选的，S1中，对铝合金表面进行预处理方法为：对铝合金基底进行打磨、抛光处
理，对打磨和抛光处理后的铝合金基底进行超声清洗、干燥等处理，使铝合金基底表面清洁，将铝合金基底打磨抛光后用去离子水和无水乙醇超声清洗10～15min，然后用氮气吹干。
[0016]优选的，S1中，原子层沉积过程中，采用四异丙醇钛为钛源前驱体、二乙基锌为锌源前驱体，双氧水(质量分数为24％～35％的H2O2水溶液)为氧源，制备厚度为50～100nm的TiO2镀层和5～10nmZnO镀层；原子层沉积过程的单次循环中采用氮气为吹扫气体，钛及锌前驱体脉冲时间为0.1～0.5s，间隔1～10s，吹扫时间10～30s，过氧化氢或水脉冲时间0.1～0.5s，吹扫时间10～30s；每循环50～100nmTiO2层后，循环5～10nmZnO层，总体循环100～500nm。
[0017]优选的，S1中，钛前驱体蒸发温度为60～80℃，锌前驱体蒸发温度为20～30℃，沉积温度为100～200℃，本底真空不低于50mtorr。
[0018]优选的，S2中，管式炉内为真空状态，退火温度：100～500℃，退火时间：2～6h。
[0019]优选的，S3中，接枝聚多巴胺层的方法是，避光条件下，将S2处理后的复合镀层浸渍于盐酸多巴胺的缓冲液中24h，之后60℃干燥。
[0020]优选的，S3中，接枝PEGs层的方法是，将接枝聚多巴胺层的复合镀层浸渍于PEG400～PEG2000的溶液中，80℃保温24h。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0022]1、本专利技术利用原子层沉积技术(ALD)技术将具有耐蚀性能的TiO2与光催化、杀菌性能的ZnO镀层复合与基底结合起来，提高了单种镀层的光催化杀菌性能，并且将PEGs接枝于镀层上，使得基体在兼具耐蚀、杀菌性能的同时，又具有抵抗细菌、微生物、无机盐沉淀等污染物粘连的功能。
[0023]2、传统的磁控溅射等气相沉积法绕镀性差，难以均匀覆盖微孔内壁，本专利技术采用ALD具有纳米级绕镀性和保形性，可以解决表面纳米结构的均匀覆盖改性镀层制备难题，并且由于ALD技术高保形的特性，其可用于任意形状及尺寸的基底上。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1提供的TiO2/ZnO复合镀层结构示意图。
[0025]图2是本专利技术实施例1提供的针状ZnO镀层的SEM。
[0026]图3是本专利技术实施例1提供的针状TiO2/ZnO复合镀层的光降解性能图。
[0027]图4是本专利技术实施例1提供的针状TiO2/ZnO复合镀层的杀菌性能图。
[0028]图5是本专利技术实施例1提供的针状TiO2/ZnO复合镀层在接枝PEGs前后的接触角变化图。
[0029]图6为本专利技术实施例1提供的针状TiO2/ZnO复合镀层在接枝PEGs前(上图)后(下图)细菌粘附图。
[0030]图7是本专利技术提供的原子层沉积设备结构示意图。
具体实施方式
[0031]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0032]下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
[0033]本专利技术采用原子层沉积技术与化学溶液法相结合的方式，以铝合金为基底，在表面制备针状TiO2/ZnO镀层，并在其上接枝PEGs，而原子层沉积技术依靠交替的前驱体或蒸气脉冲在铝合金表面的吸附和随后的化学反应沉积纳米薄膜(TiO2/ZnO镀层)，可以实现TiO2镀层在具有微孔的铝合金表面的均匀制备，而且较低的沉积温度可以有效减少对基底的损害，从而在基底表面形成具有耐蚀杀菌性能的复合镀层。
[0034]最终制备的镀层结构如图1所示：在基底表面交替沉积了TiO2/ZnO镀层，在最外层的ZnO上接枝有PEGs，使得基体在兼具耐蚀、杀菌性能的同时，又具有抵抗细菌、微生物、无机盐沉淀等污染物粘连的功能。
[0035]下面通过以下实施例对本专利技术的内容进行具体说明。
[0036]实施例1
[0037]应用于铝合金表面的抗菌耐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层，其特征在于，采用原子层沉积工艺在铝合金表面交替沉积TiO2层和ZnO层，制备复合镀层，之后在复合镀层外表面接枝PEGs层。2.根据权利要求1所述的应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层，其特征在于，ZnO层呈针状结构。3.根据权利要求1所述的应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层，其特征在于，所述复合镀层的厚度为100～500nm。4.根据权利要求3所述的应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层，其特征在于，每层所述TiO2层的厚度为50～100nm；每层所述ZnO层的厚度为5～10nm。5.根据权利要求1所述的应用于铝合金表面的抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对铝合金表面进行预处理；采用原子层沉积工艺在预处理后的铝合金基底上交替沉积TiO2层和ZnO层，制备复合镀层；S2、对S1复合镀层进行真空退火处理；S3、在S2处理后的复合镀层表面先接枝聚多巴胺层，再接枝PEGs层，即制得抗菌耐蚀针状TiO2/ZnO镀层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中，原...

【专利技术属性】
技术研发人员：马大衍，王怡娇，张兰，恽迪，解慧慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：