铝抗菌功能膜的制备及性能研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:christian1985
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在人们的日常生活中,细菌几乎充满每个角落,其中一些致病的细菌会威胁人们身体的健康。因此,实现材料的抗菌功能化有非常重大的意义。通过材料的表面处理可以实现材料的抗菌化,这成为现在抗菌材料研究的主要方向。本文以6063铝合金作为研究的对象,首先运用阳极氧化工艺再合金表面制备了多孔膜,然后以硫酸阳极氧化膜作为交流电沉积Ag的模板,成功制备了抗菌功能膜。综合运用各种测试手段,系统地研究了电解液类型、氧化电压和温度对多孔阳极氧化膜的微观结构及性能的影响,并分析测试了抗菌膜的各项性能。论文的结果对开发新型抗菌金属材料具有显著的参考意义。研究结果发现,在恒定电压铝阳极氧化的电流密度随时间的变化规律为,通电的瞬间电流密度很大,之后电流密度骤然下降,达到一个最低值时又开始缓慢升高,然后电流密度略有减小并趋于一个稳定值。草酸膜和硫酸膜的孔径、孔间距和孔隙率都随着电压的增大而增大。氧化膜膜厚随电压的增加而增大。草酸膜显微硬度随电压升高而增大,硫酸膜显微硬度随电压增大先升高后降低。草酸膜和硫酸膜的孔径随着温度的升高有少许的增大,孔间距随温度升高基本保持恒定,孔隙率随温度升高而增大。两种膜的膜厚也随温度的升高而增大。温度升至15℃时,膜厚急剧增加。两种膜硬度随温度的升高而降低,温度升至15℃,硬度值急剧下降。对于不同电解液中制备的阳极氧化膜,草酸膜孔径和孔隙率较大,而硫酸膜孔径和孔隙率较小。草酸膜的孔径和孔间距大小分布较为分散,硫酸膜相对集中。硫酸膜和草酸膜随时间线性增厚的关系分别为为δ=0.31It和δ=0.39It。草酸膜的硬度较高,硫酸膜硬度较低。XRD结果显示,制备的氧化膜具有非晶结构。能谱分析(EDS)结果显示,草酸膜组成元素主要为Al、O、C,硫酸膜为Al、O、S。同一沉积电压下随着时间的延长,沉积Ag的硫酸膜的颜色发生有浅到深的变化,即从黄色到橙色,再变为橙黑色。微观形貌观察显示,在同一电压下随着沉积时间的延长,膜层表面逐渐变得平整,孔结构变疏松。EDS分析结果显示,Ag在交流电沉积中主要沉积在膜层底部。随着时间延长,Ag沉积量逐渐增加。根据XPS分析结果,Ag沉积在膜层中主要以Ag和Ag+形式存在。沉积Ag的氧化膜层耐磨性比基体金属有较大的提升。较大载荷时,由于膜层的脆性在磨痕附近出现裂纹。膜层与基板的结合力在10N左右。磷-铬酸中的浸泡试验结果显示,封孔后的膜层耐腐蚀性有很大的提升。电化学试验的结果表明,沉积封孔膜层AAO-D的腐蚀电流密度最小,腐蚀的速率最低,耐腐蚀性好。沉积Ag的抗菌膜有明显的的抗菌效果。定量试验结果表明,在同一沉积电压下,膜层抗菌率随沉积时间的增加逐渐升高。当沉积电压为15 V时,沉积5 min后的抗菌膜层的抗菌率达到98.75%。
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