磁控溅射制备稀土激活功能性抗菌纺织材料的研究

论文摘要

作为最受关注的一种无机抗菌剂,TiO2光催化材料主要利用的是387.5nm以下的紫外光,大大限制了其使用范围。人们目前利用金属离子掺杂、半导体复合等方法,提高TiO2的光催化活性,扩大激发光的波长范围。本文在详细介绍了抗菌剂分类、抗菌织物制备方法的基础上,针对TiO2激发光波长范围小的缺陷,提出采用绿色环保的磁控溅射技术,在室温条件下,将稀土Nd及光催化型抗菌材料TiO2共同沉积在涤纶纺粘非织造布表面,制备纳米结构的稀土激活TiO2薄膜,以宽化TiO2的吸收光谱,使其在可见光照射的情况下具有较好的抗菌效果,实现纺织材料表面抗菌功能化。论文主要探讨了稀土Nd及TiO2溅射工艺参数（溅射功率、溅射压强和气体流量）,沉积方式,溅射时间以及反应气体等因素对稀土激活TiO2薄膜抗菌性能的影响。采用振荡烧瓶法对样品进行抗菌性能测试。利用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）和电感偶合等离子体发射光谱仪（ICP）对纳米结构稀土激活TiO2薄膜进行表面微观形貌、晶体结构、元素分布及元素含量的研究,同时对该样品的紫外可见光特性、卫生安全性、薄膜与基材间的相容性和抗菌稳定性进行考察和分析。抗菌测试结果表明:以TiO2/Nd/TiO2的沉积方式,在TiO2薄膜中掺杂一定量的稀土Nd可以有效的提高其抗菌性能。在实验范围内,随稀土含量的增加,抗菌性能逐渐提高,当稀土的相对含量为1:10时,稀土激活TiO2薄膜的抗菌性能最好,但是,随着稀土Nd含量的进一步增加,反而降低了样品的抗菌性能。随溅射时间的延长,抗菌性能逐渐改善并在TiO2溅射60min后趋于稳定;在溅射过程中通入O2作为反应气体,有效改善了样品的抗菌性能。而溅射功率、溅射压强、气体流量等溅射工艺参数对抗菌性能影响较小。AFM、XRD以及ICP的分析结果表明,稀土激活TiO2薄膜中生成了结晶度较好的锐钛矿型TiO2,基材表面由极其微小的纳米级粒子组成,并呈连续覆盖的状态。稀土Nd作为过渡元素,掺杂于TiO2薄膜中引起的晶格畸变、电子捕获以及产生的细化作用,是纳米TiO2薄膜抗菌性能提高的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 纤维及织物用抗菌剂
• 1.2.1 纤维及织物用抗菌剂的分类
• 1.2.2 纤维及织物用抗菌剂的要求
• 1.3 国内外制备抗菌织物的主要方法
• 1.3.1 国内制备抗菌织物的方法
• 1.3.1.1 抗菌纤维
• 1.3.1.2 后整理加工法
• 1.3.2 国外制备抗菌织物的方法
• 1.3.2.1 化学镀
• 1.3.2.2 真空蒸发沉积
• 1.3.2.3 磁控溅射法
• 2 光催化剂在抗菌方面的研究进展和应用'>1.4 纳米TiO₂光催化剂在抗菌方面的研究进展和应用
• 2 光催化剂应用范围的限制'>1.4.1 纳米TiO₂光催化剂应用范围的限制
• 2 光催化剂性能提高的方法'>1.4.2 纳米TiO₂光催化剂性能提高的方法
• 1.4.2.1 纳米二氧化钛掺杂阳离子（金属离子）
• 1.4.2.2 纳米二氧化钛掺杂阴离子
• 1.4.2.3 纳米二氧化钛复合半导体
• 1.5 本论文的目的、意义及构思
• 第二章 磁控溅射稀土激活抗菌薄膜的制备
• 2.1 理论基础
• 2.2 实验材料
• 2.3 实验设备
• 2.4 薄膜制备过程
• 2.4.1 基材洗涤
• 2 薄膜沉积'>2.4.2 稀土激活纳米TiO₂薄膜沉积
• 第三章 涤纶非织造基纳米稀土激活薄膜抗菌性能的研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 抑菌环法
• 3.1.2 振荡烧瓶法
• 3.1.3 定时暴露法
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与设备
• 3.2.1.1 主要化学试剂
• 3.2.1.2 实验设备及仪器
• 3.2.2 实验菌种
• 3.2.2.1 菌种保藏
• 3.2.2.2 菌种活化
• 3.2.3 培养基及溶液的配制
• 3.2.3.1 肉汤培养基
• 3.2.3.2 营养琼脂培养基（NA）
• 3.2.3.3 磷酸盐缓冲液（PBS）
• 3.2.4 抗菌测试步骤
• 3.2.5 菌落计数方法
• 3.2.6 抗菌评价标准
• 3.3 抗菌测试结果及分析
• 3.3.1 稀土激活薄膜抗菌性能的提高
• 3.3.2 溅射工艺参数对抗菌性能的影响
• 3.3.3 沉积方式及相对含量比对抗菌性能的影响
• 3.3.4 反应气体及溅射时间对抗菌性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 涤纶非织造基纳米稀土激活薄膜的结构表征及成分分析
• 4.1 AFM 测试
• 4.1.1 AFM 工作原理
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.2 ICP 测试
• 4.2.1 ICP 工作原理
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 XRD 测试
• 4.3.1 XRD 工作原理
• 4.3.2 实验仪器
• 4.3.3 结果与讨论
• 第五章 涤纶非织造基纳米稀土激活薄膜其他性能的研究
• 5.1 可见紫外透射光谱
• 5.2 卫生安全性
• 5.3 薄膜与基材间的相容性
• 5.4 抗菌稳定性
• 5.4.1 自然条件下放置不同时间的样品图片
• 5.4.2 放置时间对样品抗菌性能的影响
• 5.4.3 超声波洗涤对元素含量的影响
• 2纳米薄膜抗菌机理的探讨'>第六章 稀土激活TiO₂纳米薄膜抗菌机理的探讨
• 2 光催化抗菌机理'>6.1 TiO₂光催化抗菌机理
• 6.2 稀土元素的抗菌机理
• 2 的抗菌机理'>6.3 稀土激活TiO₂的抗菌机理
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作设想
• 致谢
• 参考文献
• 读研期间发表论文