[发明专利]制备金属氧化物涂覆的具有可预定疏水行为的工件表面的方法

说明书

本发明涉及一种用于制备金属氧化物涂覆的工件表面的方法，其具有水接触角(WCA)大于90°的可预定的疏水行为和具有抗病菌如抗细菌、病毒、真菌和微生物作用的工件表面，以及涉及权利要求22和23前述部分的工件。 

在各种材料上制备陶瓷薄层如金属氧化物SiO_x、AlO_x、ZnO_x、ITO、TiO_x和其含氢氧化物的化合物在工业上可用各种PVD(物理气相沉积)法、CVD(化学气相沉积)法和PE-CVD(等离子体增强化学气相沉积)法实现，并已描述于大量专业书中，如“Traitédes matériaux”，4.Analyse ettechnologie des surfaces；Hans Mathieu，Erich Bergmann，RenéGras；2003；ISBN 2-88074-454-7。也已知由于与环境反应在金属氧化物表面上出现的二次形成碳酸盐。在大量出版物中描述了光催化活性的亲水性的二氧化钛表面的杀菌、消毒和自净化作用，并归因于该半导体二氧化钛的带隙(Bandlücke)中的氧化还原反应，其通过暴露于光而发生。在O.Carp，C.L.Huisman，A.Reller，Prog.Solid State Chem.2004，卷32，N^o1-2第3-177页的综述中概述了制备方法和其应用领域(在太阳能电池中的发电、基于化学反应和光诱导超亲水性产生和分解特殊物质)。在文献中，直到现在仅描述了具有亲水特性的二氧化钛表面。 

也已知涂有银或其它金属的工件表面的杀菌(消毒、抗微生物、杀菌、杀病毒、杀真菌)作用。关于织物的银涂层的现有技术可参看H.J.Lee，S.Y.Yeo和S.H.Jeong在Journal of Material Science 2003卷38，No 10，第2199-2204页中的文章，关于二氧化钛颗粒的胶态银涂层可参看J.Keleher，J.Bashant，N.Heldt，L.Johnson，Y.Li在World Journal ofMicrobiology and Biotechnology 2002，卷10，No 2，第133-139页的文章，关于二氧化钛的光解银涂层参看Mitsuyoshi Machida，Keiichiro Norimoto，Tamon Kimura在Journal of the American Ceramic Society 2005，88(1)，95-100中的文章。 

在许多应用中，液体特别如水在材料表面上的润湿行为具有重要的作用。润湿作用意指液体在表面特别是在固体上的粘附接触程度。其表示液体在表面上的铺展能力。一种重要情况是表面的疏水行为，即拒水 行为，此时该水在表面被排斥，并由此例如形成滴。如果接触角＞90°，则表面是不可润湿的，即是疏水的。与此相反的是亲水特性，由此水在表面上易于被接受。这种润湿行为通过所谓的水接触角(WCA)测定和定义。可润湿性越好，则在润湿时产生的接触角越小且＜90°。该定义源自Huan Liu，Jin Zhai和Lei Jiang，Soft Matter，2006，2，811-821的综述。 

含金属氧化物的陶瓷表面是亲水的。该亲水表面的缺点之一是液体形成滴。因此工件表面呈持续潮湿且不干燥。这种凝聚行为阻碍移去液体和杂质以及顺利进行表面净化。由此液体和充填物不可无残留地转移，这有利于病菌生长以及金属情况下的腐蚀。 

本发明的目的是排除现有技术的缺点。本发明的目的特别是提供一种方法，其可处理由塑料，天然材料和金属制成的材料表面，以使涂有金属氧化物的工件表面产生所需程度的杀病毒作用的疏水行为。本发明的再一目的是可应用已经已知的和可靠的基本工艺，以可经济地制备产品。 

通过在金属氧化物覆层的表面掺入含金属的纳米颗粒可得到杀病菌和任选抗静电的保护作用。本发明所用的适于制备纳米颗粒的等离子体法使得能基本固定该纳米颗粒，并由此控制金属离子释放的计量添加(Dosierung)，并使可移动纳米颗粒的风险最小。特别是在医学领域，在不实施光暴露下该金属离子的杀病菌作用具有很大意义。 

在二氧化钛陶瓷薄层情况下，特别是在锐钛矿变体存在下，由于光催化活性，在光作用下甚至在无金属离子释放的情况下也存在杀病菌作用。通过在催化性的薄层系统中掺入金属颗粒，一方面可明显提高催化活性和导电性，另一方面该工件表面的杀病菌作用可不取决于光暴露。