具备抗菌、降解性能的黑色TiO2/Fe基中熵合金复合型涂层

本发明涉及合金材料，尤其涉及一种具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层。

背景技术：

1、在各类病毒细菌频繁影响着人类的生活的大背景下，我们需要一种新型的材料来对抗这些威胁。因此寻找一种高效、广谱的抗菌材料来防止病毒的传播或杀死细菌是非常重要的。在抗菌材料领域，光催化黑色tio2的活性氧具有强氧化性，它与白色tio2不同的是，黑色tio2有更宽的光响应范围，在可见光下和近红外光下，可以氧化分解各种有机物，从而达到杀菌和降解有机污染物的目的。因此，可以将光催化材料可以与金属抗菌材料结合起来，实现高效抗菌的新型抗菌材料。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层，旨在提供一种暴露在自然日光和黑暗条件下，可以广谱抗菌(如：金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)的涂层；并且复合型抗菌涂层对有机污染物有一定程度的降解作用。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层，包括基材表面的fe基中熵合金涂层及黑色tio2封孔剂，所述复合型抗菌涂层包括fe基中熵合金涂层以及黑色tio2封孔剂，所述fe基中熵合金涂层，通过等离子喷涂技术喷涂于304ss基材之上，其中，制备fe基中熵合金的材料包括fe58.1mn12.7si4.2cr9.4c0.7cu14ag0.9；所述黑色tio2封孔剂，填充、覆盖于fe基中熵合金涂层孔隙中。

3、可选地，fe基中熵合金涂层的孔隙率为2.25％～4.88％；和/或，

4、所述黑色tio2封孔剂的粒径在60～300nm之间。

5、可选地，制备所述黑色tio2封孔剂的材料包括钛酸丁酯、无水乙醇、醋酸和乙醇。

6、本发明提供一种所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层的制备方法，包括以下步骤：

7、s10、采用等离子喷涂法在304ss基材表面喷涂fe基中熵合金粉末获得fe基中熵合金涂层；

8、s20、黑色tio2溶胶封孔，将涂覆有fe基中熵合金涂层的基材浸泡在所述黑色tio2溶胶中，获得包覆有黑色tio2溶胶的fe基中熵合金涂层；

9、s30、将所述包覆有黑色tio2溶胶的fe基中熵合金涂层在烘箱中烘干，并在管式炉中煅烧，获得经黑色tio2封孔的fe基中熵合金涂层。

10、可选地，用于制备所述fe基中熵合金的材料包括fe、mn、si、cr、c、cu和ag；

11、在步骤s10中，所述fe基中熵合金的制备方法为：将fe、mn、si、cr、c、cu和ag进行混合、球磨即可得到fe基中熵合金；和/或，

12、在步骤s10中，所述fe基中熵合金粉末的粒径为60.00～70.00μm；和/或，

13、在步骤s10中，采用喷涂法将所述fe基中熵合金粉末涂覆在所述基材的表面。

14、可选地，所述fe基中熵合金层的厚度为330～360μm。

15、可选地，在步骤s20中，获得黑色tio2溶胶包括以下步骤：

16、s21、将酞酸丁酯和无水乙醇混合，获得溶液a；

17、s22、将醋酸和乙醇混合，获得溶液b；

18、s23、将溶液a和溶液b混合，获得tio2溶胶。

19、可选地，在步骤s30中，封孔的具体步骤为：将烘干后的包覆有黑色tio2溶胶的涂层加热保温、降温，获得复合涂层。

20、可选地，在步骤s20中，将涂覆有fe基中熵合金涂层的基材浸泡在所述黑色tio2溶胶中时，所述黑色tio2溶胶的温度为90～95℃；和/或，

21、在步骤s30中，烘干的温度为50～55℃，时间为30～35min。

22、可选地，加热保温的方式为以10℃/min升温至200℃保温30min后，再以10℃/min升温至500℃保温30min；和/或，

23、用于加热保温的设备为氩气环境管式炉。

24、本发明的技术方案中，在所述基材的表面设有抗菌涂层，所述抗菌涂层包括fe基中熵合金涂层和封孔剂，所述封孔剂包括黑色tio2，所述fe基中熵合金层具有抗菌的作用，即金属离子穿透细胞壁，导致细胞壁的破裂，引起细胞质的外流。并通过影响合成酶的活性，阻碍细菌的繁殖，最终导致细菌的死亡；同时黑色tio2封孔剂可以将所述fe基中熵合金涂层的孔隙闭合或覆盖，黑色tio2由于自身的电子结构特点具有强的光催化抗菌作用，黑色tio2在阳光照射下甚至在黑暗条件下，当电子能量达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，即生成电子、空穴对，电子与空穴发生分离，迁移到表面的不同位置，发生一系列反应，生成活性氧自由基，如超氧自由基、羟基自由基等等，这些活性氧基团有很强的氧化能力，攻击有机物的不饱和键或抽取h原子产生新自由基，激发链式反应，并协同上述金属离子的抗菌作用，最终快速致使细菌死亡，进一步提高涂层的抗菌效果。此外，由于光响应生成的活性氧自由基，可以将有机污染物分子氧化分解，从而实现了该涂层降解有机污染物的功能。

技术特征：

1.一种具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层，其特征在于，包括基材表面的fe基中熵合金涂层及黑色tio2封孔剂，所述复合型抗菌涂层包括：

2.如权利要求1所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层，其特征在于，fe基中熵合金涂层的孔隙率为2.25％～4.88％；和/或，

3.如权利要求1所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层，其特征在于，制备所述黑色tio2封孔剂的材料包括钛酸丁酯、无水乙醇、醋酸和乙醇。

4.如权利要求1-3任一项所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合型涂层的制备方法，其特征在于，用于制备所述fe基中熵合金的材料包括fe、mn、si、cr、c、cu和ag；

6.如权利要求4所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，所述fe基中熵合金层的厚度为330～360μm。

7.如权利要求4所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤s20中，获得黑色tio2溶胶包括以下步骤：

8.如权利要求4所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤s30中，封孔的具体步骤为：将烘干后的包覆有黑色tio2溶胶的涂层加热保温、降温，获得复合涂层。

9.如权利要求4所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤s20中，将涂覆有fe基中熵合金涂层的基材浸泡在所述黑色tio2溶胶中时，所述黑色tio2溶胶的温度为90～95℃；和/或，

10.如权利要求8所述的具备抗菌、降解性能的黑色tio2/fe基中熵合金复合涂层的制备方法，其特征在于，加热保温的方式为以10℃/min升温至200℃保温30min后，再以10℃/min升温至500℃保温30min；和/或，

技术总结本发明公开一种具备抗菌、降解性能的黑色TiO<subgt;2</subgt;/Fe基中熵合金复合型涂层，该抗菌涂层由Fe基中熵合金涂层和黑色TiO<subgt;2</subgt;封孔剂复合而成。本发明通过等离子喷涂技术在基材表面喷涂Fe基中熵合金涂层，其孔隙率为2.25％～4.88％，后经溶胶凝胶法制备的黑色TiO<subgt;2</subgt;封孔剂将Fe基中熵合金涂层的孔隙封闭，进而降低涂层的孔隙率，使涂层更加致密。其中，Fe基中熵合金涂层具有金属离子抗菌的性能，且黑色TiO<subgt;2</subgt;封孔剂也会在日光和近红外光下发生光催化作用，能够和金属离子产生协同作用，更高效的提升涂层的抗菌效果。此外，由于黑色TiO<subgt;2</subgt;封孔剂的光催化活性，该复合型涂层也具备降解有机污染物的功能。技术研发人员：赵燕春,宋海转,马虎文,占发琦,冯力,刘建军,于志琦,金博,冯远飞,吕志受保护的技术使用者：兰州理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11