CN108690952B - 一种真空镀杀菌膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空镀杀菌膜，包括依次连接的金属基底、间隔杀菌层和保护层，所述的间隔杀菌层至少为一层，所述的间隔杀菌层包括间隔层和与所述的间隔层连接的杀菌层，所述的间隔层的外侧与基底连接，所述的杀菌层的外侧与保护层连接，所述的杀菌层材料为BiXSe3，X为Cu或Ag。本发明提出的杀菌膜的杀菌层使用BiXSe3作为材料，Bi为五价阳离子，具有较强的氧化性，可对常见的细菌进行氧化，达到杀菌效果，而X离子利用其外层S1电子轨道与Bi的6S26P3轨道的电荷协同作用，极大提升了Bi离子的杀菌速率和杀菌范围，从而使杀菌膜具有杀菌速度快、杀菌范围广以及无副作用的优点。

Description

一种真空镀杀菌膜
技术领域：
本发明属于功能性薄膜材料技术领域，具体涉及一种真空镀杀菌膜。
背景技术：
随着人类生活质量的不断提高，人类对自己的生存质量和环境条件都有了更高的期望，因此一些具有抗菌、杀菌的新产品和材料开始进入到人类的视野。通常我们所指的抗菌材料是在材料或者产品中加入抗菌剂，使之产生抗菌性能，在一定时间内杀死材料上的细菌，并抑制其生长和繁殖。
杀菌材料种类繁多，最为传统的是银、铜类杀菌材料，此外，具有光催化活性的二氧化钛、氧化锌等杀菌材料，是现在利用率较高的无机抗菌材料。目前，被广泛应用的抗菌材料主要还是有机抗菌剂，多达500多种，比较常用的有几十种。可以分类为：醇、酚、醚类，酸及盐类，如山梨酸，有机金属类，如五氯酚锌等。
上述的杀菌材料具有一定的缺陷，如银、铜类杀菌材料效率低，光催化活性的二氧化钛、氧化锌等杀菌材料对光的依赖性强；而有机杀菌材料又存在一定的副作用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种真空镀杀菌膜，其具有杀菌速度快，杀菌范围广以及无副作用等优点。
本发明的目的是提供一种真空镀杀菌膜，包括依次连接的金属基底、间隔杀菌层和保护层，所述的间隔杀菌层至少为一层，所述的间隔杀菌层包括间隔层和与所述的间隔层连接的杀菌层，所述的间隔层的外侧与基底连接，所述的杀菌层的外侧与保护层连接，所述的杀菌层材料为BiXSe3，X为Cu或Ag。
本发明提出的杀菌膜中，起关键作用的是杀菌层，其杀菌的原理是利用了Bi及X离子的氧化性进行杀菌。Bi为五价阳离子，具有较强的氧化性，可对常见的细菌进行氧化，达到杀菌效果，而X离子利用其外层S1电子轨道与Bi的6S26P3轨道的电荷协同作用，极大提升了Bi离子的杀菌速率和杀菌范围。间隔层起到过渡作用，提升杀菌层与基底的结合强度，保护层可以对杀菌层进行有效的保护，提升耐候性。
真空镀主要包括真空蒸镀、溅射镀和离子镀几种类型，它们都是采用在真空条件下，通过蒸馏或溅射等方式在塑件表面沉积各种金属和非金属薄膜，通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快附着力好的突出优点。
优选地，所述的金属基底选自不锈钢、铜、铝、铜合金和铝合金中的一种，所述的间隔层材料选自钛、镍和铝中的一种，所述的保护层材料选自钛、镍和铝中的一种。
优选地，所述的金属基底为铜合金或铝合金。
优选地，所述的间隔杀菌层小于或等于20层。间隔杀菌层包括间隔层和杀菌层，间隔层和杀菌层可以重复叠加，间隔杀菌层的叠加次数根据实际杀菌的需要来确定，在本发明中叠加的次数不超过20次，即间隔杀菌层不大于20层。
优选地，所述的间隔层采用离子镀的方法沉积在所述的金属基底上，所述的杀菌层采用磁控溅射的方法沉积在所述的间隔层上，所述的保护层采用磁控溅射的方法沉积在所述的杀菌层上。
离子镀指在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质或其反应物沉积在基片上的方法，其中包括磁控溅射离子镀、反应离子镀、空心阴极放电离子镀(空心阴极蒸镀法)、多弧离子镀(阴极电弧离子镀)等。
磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种，通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率。磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。
优选地，所述的间隔层的厚度为0.1～1μm。
优选地，所述的杀菌层的厚度为20～500nm，杀菌层的厚度进一步优选为200～500nm。
优选地，所述的保护层的厚度为0.1～50μm，保护层的厚度进一步优选为1～50μm。
本发明的有益效果是：本发明提出的杀菌膜的杀菌层使用BiXSe3作为材料，Bi为五价阳离子，具有较强的氧化性，可对常见的细菌进行氧化，达到杀菌效果，而X离子利用其外层S1电子轨道与Bi的6S26P3轨道的电荷协同作用，极大提升了Bi离子的杀菌速率和杀菌范围，从而使杀菌膜具有杀菌速度快、杀菌范围广以及无副作用的优点，该杀菌膜广泛应用于日常生活中，例如装饰板材膜或者空调滤网等。
附图说明：
图1为本发明真空镀杀菌薄膜的结构示意图；
附图标记说明：1、金属基底；2、间隔层；3、杀菌层；4、保护层。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
除特别说明，本发明中的实验设备、实验材料和试剂均为本技术领域常规市购产品。
一种真空镀杀菌膜，包括依次连接的金属基底、间隔杀菌层和保护层，间隔杀菌层至少为一层，间隔杀菌层包括间隔层和与间隔层连接的杀菌层，间隔层的外侧与基底连接，杀菌层的外侧与保护层连接，金属基底选自不锈钢、铜、铝、铜合金和铝合金中的一种以上，间隔层选自钛、镍和铝中的一种，所述的杀菌层为BiXSe3，X为Cu或Ag，保护层选自钛、镍和铝中的一种。间隔杀菌层小于或等于20层。
该真空镀杀菌膜的制备方法为：首先将金属基底1进行抛光和超声清洗，吹干；然后在金属基底1上沉积一层间隔层2，是通过离子镀的方法沉积在金属基底1上，离子镀所使用的靶材可以是纯硅、锌、钛靶材，也可以是二氧化硅、氧化锌、二氧化钛靶材；接着通过磁控溅射的方法制备杀菌层3；最后制作保护层4，仍然采用磁控溅射的方法制备，溅射所采用的靶材可以是纯的硅靶、钛靶，也可以是氧化硅、二氧化钛靶；以上各步骤中的磁控溅射按现有的常规工艺进行即可，在此不做详细阐述。
实施例1
如图1所示，真空镀杀菌膜的制造方法，包括如下步骤：采用离子镀的方法将Ti沉积在不锈钢基底上作为间隔层，间隔层的厚度为0.1μm，然后用磁控溅射的方法将BiCuSe3沉积在间隔层上作为杀菌层，杀菌层的厚度为20nm，最后用磁控溅射的方法将Al沉积在杀菌层上作为保护层，保护层的厚度为0.1μm。
间隔层的制备：采用离子镀的方法，Ti膜通过多弧离子镀进行沉积，样品在镀膜室内Ar离子溅射清洗5min后开始沉积Ti，靶材为二氧化钛靶，纯度为99.99％，靶室真空度3.2×10-1Pa。镀膜工艺参数为N2流量3.2×10-5m3min-1，Ar流量为1.9×10-5m3min-1，溅射电压为500V，溅射电流为30A，溅射时间为10min。
杀菌层的制备：BiCuSe3用磁控溅射的方法制备，磁控溅射用的靶材为BiCuSe3，纯度为99.99％。实验中用Ar气作溅射气体，并通入适量的氧气，待电流和电压充分稳定后再进行溅射。溅射时工作气压为0.7Pa，自偏压为620V，溅射电压为450V，电流为0.16A，溅射功率为80W，镀膜时间分别为30min。
对比例1
参考实施例1，不同之处在于，杀菌层为硒化铜层。
对比例2
参考实施例1，不同之处在于，杀菌层为硒化铋层。
实施例1与对比例1、对比例2得到的杀菌膜性能测试对比：实施例1得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例1得到的杀菌膜的杀菌速度的1.5倍，实施例1得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例2得到的杀菌膜的杀菌速度的1.45倍。
实施例2
如图1所示，真空镀杀菌膜的制造方法，包括如下步骤：采用离子镀的方法将Ni沉积在铝合金基底上作为间隔层，间隔层的厚度为0.5μm，然后用磁控溅射的方法将BiAgSe3沉积在间隔层上作为杀菌层，杀菌层的厚度为200nm，最后用磁控溅射的方法将Ni沉积在杀菌层上作为保护层，保护层的厚度为0.5μm。
杀菌层的制备：BiAgSe3用磁控溅射的方法制备，磁控溅射用的靶材为BiAgSe3，纯度为99.99％。实验中用Ar气作溅射气体，并通入适量的氧气，待电流和电压充分稳定后再进行溅射。溅射时工作气压为0.7Pa，自偏压为620V，溅射电压为450V，电流为0.16A，溅射功率为80W，镀膜时间分别为30min。
对比例3
参考实施例2，不同之处在于，杀菌层为硒化银层。
对比例4
参考实施例2，不同之处在于，杀菌层为硒化铋层。
实施例2与对比例3、对比例4得到的杀菌膜性能测试对比：实施例2得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例3得到的杀菌膜的杀菌速度的1.7倍，实施例2得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例4得到的杀菌膜的杀菌速度的1.55倍。
实施例3
如图1所示，真空镀杀菌膜的制造方法，包括如下步骤：采用离子镀的方法将Al沉积在铜基底上作为间隔层，间隔层的厚度为1μm，然后用磁控溅射的方法将BiAgSe3沉积在间隔层上作为杀菌层，杀菌层的厚度为500nm，最后用磁控溅射的方法将Ti沉积在杀菌层上作为保护层，保护层的厚度为1μm。
杀菌层的制备：BiAgSe3用磁控溅射的方法制备，磁控溅射用的靶材为BiAgSe3，纯度为99.99％。实验中用Ar气作溅射气体，并通入适量的氧气，待电流和电压充分稳定后再进行溅射。溅射时工作气压为0.7Pa，自偏压为620V，溅射电压为450V，电流为0.16A，溅射功率为80W，镀膜时间分别为30min。
实施例4
如图1所示，真空镀杀菌膜的制造方法，包括如下步骤：采用离子镀的方法将Ti沉积在铜合金基底上作为间隔层，间隔层的厚度为1μm，然后用磁控溅射的方法将BiAgSe3沉积在间隔层上作为杀菌层，杀菌层的厚度为500nm，随后再用离子镀的方法将Ti沉积在铜合金基底上作为间隔层，间隔层的厚度为1μm，然后用磁控溅射的方法将BiAgSe3沉积在间隔层上作为杀菌层，杀菌层的厚度为500nm，BiAgSe3杀菌层与Ti薄膜如此重复5次，最后用磁控溅射的方法将Ti沉积在杀菌层上作为保护层，保护层的厚度为50nm。
杀菌层的制备：BiAgSe3用磁控溅射的方法制备，磁控溅射用的靶材为BiAgSe3，纯度为99.99％。实验中用Ar气作溅射气体，并通入适量的氧气，待电流和电压充分稳定后再进行溅射。溅射时工作气压为0.7Pa，自偏压为620V，溅射电压为450V，电流为0.16A，溅射功率为80W，镀膜时间分别为30min。
对比例5
参考实施例4，不同之处在于，杀菌层为硒化银层。
对比例6
参考实施例4，不同之处在于，杀菌层为硒化铋层。
实施例4与对比例5、对比例6得到的杀菌膜性能测试对比：实施例4得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例5得到的杀菌膜的杀菌速度的2倍，实施例4得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例6得到的杀菌膜的杀菌速度的1.6倍。
实施例5
如图1所示，真空镀杀菌膜的制造方法，包括如下步骤：采用离子镀的方法将Ti沉积在铜合金基底上作为间隔层，间隔层的厚度为1μm，然后用磁控溅射的方法将BiAgSe3沉积在间隔层上作为杀菌层，杀菌层的厚度为500nm，随后再用离子镀的方法将Ti沉积在铜合金基底上作为间隔层，间隔层的厚度为1μm，然后用磁控溅射的方法将BiAgSe3作为杀菌层，杀菌层的厚度为500nm，BiAgSe3杀菌层与Ti薄膜如此重复20次，最后用磁控溅射的方法将Ti沉积在杀菌层上作为保护层，保护层的厚度为50nm。
杀菌层的制备：BiAgSe3用磁控溅射的方法制备，磁控溅射用的靶材为BiAgSe3，纯度为99.99％。实验中用Ar气作溅射气体，并通入适量的氧气，待电流和电压充分稳定后再进行溅射。溅射时工作气压为0.7Pa，自偏压为620V，溅射电压为450V，电流为0.16A，溅射功率为80W，镀膜时间分别为30min。
对比例7
参考实施例5，不同之处在于，杀菌层为硒化银层。
对比例8
参考实施例5，不同之处在于，杀菌层为硒化铋层。
实施例5与对比例7、对比例8得到的杀菌膜性能测试对比：实施例5得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例7得到的杀菌膜的杀菌速度的2倍，实施例5得到的杀菌膜的杀菌速度是对比例8得到的杀菌膜的杀菌速度的1.6倍。
以上对本发明提供的真空镀杀菌膜进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种真空镀杀菌膜，其特征在于，包括依次连接的金属基底、间隔杀菌层和保护层，所述的间隔杀菌层至少为一层，所述的间隔杀菌层包括间隔层和与所述的间隔层连接的杀菌层，所述的间隔层的外侧与基底连接，所述的杀菌层的外侧与保护层连接，所述的杀菌层材料为BiXSe3，X为Cu或Ag；所述的金属基底选自不锈钢、铜、铝、铜合金和铝合金中的一种，所述的间隔层材料选自钛、镍和铝中的一种，所述的保护层材料选自钛、镍和铝中的一种。
2.根据权利要求1所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的金属基底为铜合金或铝合金。
3.根据权利要求1所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的间隔杀菌层小于或等于20层。
4.根据权利要求1所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的间隔层采用离子镀的方法沉积在所述的金属基底上，所述的杀菌层采用磁控溅射的方法沉积在所述的间隔层上，所述的保护层采用磁控溅射的方法沉积在所述的杀菌层上。
5.根据权利要求1所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的间隔层的厚度为0.1～1μm。
6.根据权利要求1所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的杀菌层的厚度为20～500nm。
7.根据权利要求6所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的杀菌层的厚度为200～500nm。
8.根据权利要求1所述的真空镀杀菌膜，其特征在于：所述的保护层的厚度为0.1～50μm。
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