[發明專利]一種不銹鋼表面的納秒激光燒蝕與醋酸鋅熱分解復合制備抗菌表面的方法及抗菌材料與應用

有效

• 申請號: 202010156977.8
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111321395B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 唐一平;蔡玉奎;王磊;劉戰強;萬熠;宋清華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;C23C18/04;B23K26/362;B23K26/382;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種不銹鋼表面的納秒激光燒蝕與醋酸鋅熱分解復合制備抗菌表面的方法及抗菌材料與應用，解決了納米氧化鋅抗菌表面制備周期長，生產率低等問題，制出的納米氧化鋅更高質高效，可通過激光加工平臺單工序完成，大大縮短制備周期。本發明包括以下幾個步驟：(1)將不銹鋼樣件放在無水乙醇中超聲清洗并進行風干；(2)對樣件進行一次納秒激光打孔從而獲得微納結構；(3)利用超聲霧化器，將醋酸鋅乙醇溶液均勻噴灑在在工件表面；(4)對樣件進行二次納秒激光燒蝕；(5)將樣件分別用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗10分鐘，從而去除表面粘附的未分解的醋酸鋅及激光燒蝕產生的熔渣，從而得到納米氧化鋅抗菌表面。

技術領域

本發明屬于材料表面改性技術領域，是不銹鋼材制備微納表面結構并沉積納米氧化鋅達到抗菌效果的技術，具體涉及一種通過激光-化學熱分解的復合制備方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

由于納米氧化鋅材料良好的導電導熱及抗菌性能，近幾年受到人們廣泛的關注，它已經開始應用于航空航天及海洋船舶，且在陶瓷、化工、電子、光學、生物、醫藥等領域具有廣闊的發展空間。而激光燒蝕高效穩定、可靠且成本低，因此它是一種適于工業推廣應用的納米級增材制造技術。

目前制備納米氧化鋅的方法主要分為氣相沉淀法、模板法和溶膠-凝膠法等，但發明人發現：溶膠-凝膠法的產品生產率較低且合成的納米氧化鋅不均勻。模板法的模板去除比較困難，無法大規模生產且生產效率低下。氣相沉淀法也有很多的缺點和問題：(1)原材料的利用率不高且消耗大量的試劑；(2)較難控制納米氧化鋅的生長，得到的納米氧化鋅尺寸大小不均一且分散性也不夠好(3)制備的濃度比較低，不利于工業級的大規模制備。

發明內容

為了克服上述問題，本發明的目的在于提出一種不銹鋼表面的納秒激光燒蝕與醋酸鋅熱分解復合制備抗菌表面的方法，首先用納秒激光對不銹鋼表面進行加工使其表面形成微納結構，然后將醋酸鋅的乙醇溶液超聲霧化，噴灑在表面，最后用激光對其進行二次燒蝕，使得醋酸鋅微液滴高溫分解產生納米氧化鋅，然后經過清洗即可得到純凈的納米氧化鋅抗菌表面。通過納秒激光制備出的納米氧化鋅抗菌表面成本低，方法簡單高效，且單一試劑對環境無污染，適合工業推廣。有效的解決了納米氧化鋅抗菌表面制備方法復雜，成本高，造成環境污染等問題。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面，提供了一種不銹鋼表面的納秒激光燒蝕與醋酸鋅熱分解復合制備抗菌表面的方法，包括：

在工件表面形成微納結構；

將醋酸鋅的醇溶液附著在工件表面，熱分解，在工件表面形成納米氧化鋅層。

本申請研究發現：對于納米氧化鋅而言，與梯形加工相比，采用激光打孔的方式可以更好地提高納米氧化鋅表面抗菌性能。

本申請對多種鋅鹽進行了篩選、實驗，發現：采用醋酸鋅能夠與納秒激光燒蝕較好的匹配，制備出抗菌性能優異的納米氧化鋅表面。

本發明開發一種工業級能夠大規模穩定生產的納米氧化鋅抗菌表面新方法，采用單工序制造的方法，樣件經過一次的裝夾，即可制備出納米氧化鋅抗菌表面，節省了化學試劑，減少了制備周期，可廣泛應用于化工紡織及醫學抗菌領域。

本發明的第二個方面，提供了任一上述的方法制備的抗菌材料。

該抗菌材料由納米氧化鋅材料作為抗菌表面，導電導熱及抗菌性能良好，且與基體結合緊密。

本發明的第三個方面，提供了上述的抗菌材料在航空航天及海洋船舶、陶瓷、化工、電子、光學、生物、醫藥領域中的應用。