[发明专利]一种离子注入Ag/TiO2复合抗菌薄膜的制备方法

说明书

本申请得到天津师范大学博士基金（52X09003）的资助。 

技术领域

本发明属于无机抗菌材料制备技术领域，涉及一种新型的Ag/TiO₂复合抗菌剂，更具体地说，涉及一种采用离子注入在TiO₂薄膜中掺杂Ag离子，实现无光与有光条件下均具有抗菌功能的复合抗菌薄膜的制备方法。 

背景技术

锐钛矿TiO₂与Ag纳米材料是两种常用的无机抗菌剂。纳米TiO₂的抗菌活性来源于光催化特性，在光的作用下其表面可以产生大量具有很强化学活性的 和超氧自由基，两种自由基与各种微生物发生氧化反应，很短时间内就能杀死微生物。Ag离子的抗菌机理是：由于微生物带有负电荷的细胞膜会与Ag离子发生库伦相互作用，最终Ag离子穿透细胞膜，与微生物体内蛋白质上的巯基发生反应，此反应能够使蛋白质凝固，破坏微生物合成酶的活性，干扰微生物DNA的合成，造成微生物丧失分裂繁殖能力而死亡。 

但是锐钛矿TiO₂体材料的带隙宽度为3.2电子伏特，纳米材料的带隙宽度还要高于这一数值，因此锐钛矿纳米TiO₂薄膜只能在紫外光的照射下工作，此外锐钛矿TiO₂纳米薄膜光生电子－空穴对复合率偏高，导致其工作效率很低，这也限制了纳米TiO₂薄膜在抗菌方面的应用。已有的研究表明银元素掺杂可以有效提高TiO₂的光催化活性，并且银离子本身也具有良好的抗菌活性。为改善Ag离子的抗菌效果和拓展其负载范围，我们已经开展了Ag离子注入TiN薄膜、热解碳等材料的抗菌研究，研究结果表明，离子注入方法是一种有效的Ag离子抗菌剂制备方法。为结合TiO₂与Ag纳米材料各自的抗菌优点，采用Ag离子注入TiO₂薄膜方法制备复合抗菌剂。在可见光或避光条件下的抗菌性能主要由Ag离子提供，而注入的Ag离子提高TiO₂薄膜在紫外光作用下的抗菌效率并提高TiO₂薄膜的可见光吸收率。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中锐钛矿TiO₂纳米薄膜避光与可见光下作用下无抗菌作用、紫外光作用下抗菌效率低的缺点，提供一种具有高抗菌效率的纳米薄膜的制备方法。 

本发明的目的通过下述技术方案予以实现： 

一种Ag/TiO₂复合抗菌薄膜，其特征在于由衬底、表层掺杂Ag离子的薄膜层组成的Ag/TiO₂复合薄膜层；所述Ag离子掺杂剂量为1×10^15-1×10¹⁸ions/cm²。

本发明进一步公开了Ag/TiO₂复合抗菌薄膜的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行： 

（1）将无水乙醇和乙酰丙酮混合并搅拌均匀，将钛酸丁酯通过引流倒入混合液中，得到混合液1；其中无水乙醇：乙酰丙酮：钛酸丁酯的摩尔比为10-14:1:5-7；

（2）将去离子水、无水乙醇和硝酸混合后均匀引流倒入混合液1中，搅拌得到混合液2，然后放入容器中避光陈化24h，得到黄色稳定的透明凝胶备用；其中无水乙醇：硝酸的摩尔比为10-20:1；

（3）采用石英玻璃作为基底，用匀胶机镀膜，匀胶机转速为3000 r/min-5000 r/min，每镀一层膜后用烘干箱在60-80℃烘干15-20分钟，一共镀3-4层膜；薄膜厚度为140-200nm。

（4）镀好的TiO₂薄膜放在马弗炉中缓慢升温至450-500℃，保温1-2小时； 

（5）采用金属蒸汽真空弧源离子注入机向TiO₂薄膜注入Ag离子；其中Ag为阴极，注入时真空压强为1×10^-1 –1×10^-3 Pa；注入机的加速电压为1–100 kV，离子束流为0.1–10 mA；Ag离子注入剂量为1×10¹⁵-1×10¹⁸ions/cm²。

本发明所述的TiO₂薄膜制备方法除上述溶胶凝胶发外，还应包含化学气相沉积法、液相沉积法或气溶胶凝胶沉积法。 

本发明所述的基底除上述石英玻璃外还包括各种适用于溶胶–凝胶法、化学气相沉积法、液相沉积法、气溶胶凝胶沉积法等化学方法的衬底。