不锈钢环保型抗菌阳极氧化研究文献综述

 2022-10-25 12:10
  1. 文献综述（或调研报告）：
  2. 研究背景
    1. 不锈钢

不锈钢是一种易钝化合金，在空气中能形成一层厚度为10~20 Ǻ 的致密钝化膜，不锈钢的耐蚀性往往依赖于这层膜的结构、成份等。然而，在空气中形成的膜常常受到一些随机因素的制约，不能获得满意的性能。为了提高不锈钢的耐蚀性，对不锈钢进行阳极氧化是一种常用的手段。在特定的溶液中，用电化学方法，在奥氏体不锈钢表面形成耐蚀性优良的氧化膜，与普通钝化膜相比，其耐蚀性呈数量级的增加。

    1. 抗菌材料

自然界微生物种类繁多，其中绝大多数对人类有益，也有极少数对人体有害。在适宜的环境下，微生物能快速地繁殖，其过程不仅会破坏物质材料的结构，造成巨大的直接经济损失，而且会导致病毒性疾病的传播，威胁人的生命。因此各种杀菌、抗菌材料应运而生。

古埃及人在公元前就知道用银片覆盖伤口来防止细菌感染，加速伤口愈合；在1600年前，人类就已能利用金属盐来对木材做防腐处理；到了17世纪，人类有意识地将抗菌剂用于医疗方面。1893 年，瑞士植物学家梅奇利发现金属对微生物有微动作用，0.01mu;g/L 的银离子即可杀灭藻类。进入 20 世纪后，抗菌剂的研究更是飞速发展，种类繁多的抗菌剂被研制出来并投入生产应用。

抗菌性金属材料大致可分为三大类，一是添加铜或银的抗菌性不锈钢；第二类是氧化钛系光触媒材料；第三类则包括表面涂敷含有银系抗菌剂和防霉剂的聚酯漆的钢板，表面涂含有抗菌剂的润滑涂层不锈钢板等。

    1. 抗菌不锈钢

抗菌不锈钢兼有结构材料和抗菌功能材料的双重特点，具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及良好的光洁度、优良的机械加工性能、无毒、广谱抗菌、抗菌时效长、不产生耐药性等特点，是抗菌功能材料的重要发展方向之一。目前抗菌不锈钢的生产工艺主要有两种：一种是在冶炼的过程中加入金属抗菌元素，所得不锈钢的表面与内部同时具有抗菌性能，称为整体型抗菌不锈钢；另一种是通过涂覆或渗透等方式在不锈钢表面形成金属或非金属抗菌层，称为表面型抗菌不锈钢[1]。其抗菌性能来源于加入的金属抗菌元素或光催化抗菌材料。

    1. 金属元素抗菌原理

金属表面析出的抗菌金属离子，与细菌的细胞接触后损伤其细胞膜，使细菌的蛋白质凝固或损害其DNA，破坏细菌细胞的正常组成和繁衍，达到阻止细菌生长繁殖或消灭细菌的目的。其主要机制有以下3种[2]：

      1. 催化激化抗菌机理

部分金属元素，如Ag、Ti、Zn等，具有催化活性中心的作用。周围环境为活性中心提供能量，大气或水中的氧在金属元素催化的催化作用下生成自由羟基 (-OH) 和活性氧离子(O2-)。微生物内部的不饱和脂肪酸、蛋白质、糖苷等物质会被自由羟基和活性氧离子氧化，细胞的结构被破坏，进而抑制了微生物的繁殖或直接令其死亡。

      1. 接触反应机理

金属离子与细菌接触后，穿透细菌的细胞壁进入细胞内，并与其蛋白质上的-NH2基、-SH基及-COOH基反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性令细胞丧失分裂繁殖的能力。当菌体失去活性后，金属离子又从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，从而保持持久的抗菌效果。

      1. 电荷吸附机理

细胞壁和细胞膜一般带负电荷。带正电的阳离子对带微生物细胞壁和细胞膜上的负电荷产生静电吸引作用，导致微生物的活动被限制，其呼吸机能也受到了阻碍，微生物因接触阳离子而死亡。此外，正负电荷之间的互相吸引，造成细胞壁和细胞膜上的电荷分布不均从而使细胞变形，细胞发生物理破裂，即细胞发生“溶菌”现象而死亡。

研究表明金属离子都具有不同程度的抗菌能力，金属离子的抗菌效果从强到弱排序为：Hg gt; Ag gt; Cd gt; Cu gt; Zn gt; Fe gt; Ni，对人体安全性的排序为Ag gt; Co gt; Ni ge; A1 ge; Zn ge; Cu = Fe gt; Mn ge; Sn ge; Ba ge; Mg ge; Ca[3]。综合考虑在实际使用时对安全性能的影响，银离子的抗菌性能最好，其次是铜离子和锌离子。

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