CN111575755A - 一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，包括以下步骤：S1、选用泡沫铜作为基体；S2、在泡沫铜上沉积铁磁性材料；S3、在保护性气氛或还原性气氛或高真空条件下，对沉积后的泡沫铜进行扩散热处理，冷却后得到泡沫铜合金原料；S4、在保护气氛或还原气氛或高真空条件下，将泡沫铜合金原料升温至400℃～600℃进行保温，同时对泡沫铜合金原料施加磁场，保温时间和施加磁场时间大于0.5h；S5、冷却后得到具有强抗菌作用的泡沫铜合金。本发明通过沉积铁磁性材料并对铁磁性材料施加磁场，使得泡沫铜中晶粒内部产生电场，形成电极电位差异较大的铜—铁磁性材料微电池，充分激发了铜离子的杀菌作用，从而具备了高效抗菌效果。

Description

一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法
技术领域
本发明涉及空气处理及水处理材料领域，尤其涉及一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法。
背景技术
泡沫金属因其独特的三维联通网状结构以及超高的孔隙率，在环保过滤领域具有广泛的应用前景。在泡沫金属进行水过滤和气过滤过程中，其表面和内部会拦截、吸附大量的颗粒物，而这些颗粒物往往都携带着各种细菌和病菌，其中许多细菌和病菌对人体和动物是有害的，比如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌等。由于颗粒物的不断聚集，用于过滤的泡沫金属往往也成了细菌、病菌繁殖的温床，容易导致人体和动物受感染，从而引发各种疾病，因此，急需开发一种具有强抗菌性能的泡沫金属来取代现有的泡沫金属应用于环保过滤领域。
发明内容
本发明目的是针对上述需求，提供一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，包括以下步骤：
S1、选用泡沫铜作为基体；
S2、在泡沫铜上沉积铁磁性材料；
S3、在保护性气氛或还原性气氛或高真空条件下，对沉积后的泡沫铜进行扩散热处理，冷却至室温后得到泡沫铜合金原料；
S4、在保护气氛或还原气氛或高真空条件下，将泡沫铜合金原料升温至400℃～600℃进行保温，同时对泡沫铜合金原料施加磁场，保温时间和施加磁场时间大于0.5h；
S5、冷却至室温后得到具有强抗菌作用的泡沫铜合金。
进一步的，所述步骤S1中泡沫铜的孔隙密度为5PPI～300PPI。
进一步的，所述步骤S2中采用电沉积或气相沉积在泡沫铜上沉积铁磁性材料。
进一步的，所述步骤S2中在泡沫铜上沉积铁磁性材料后，泡沫铜所占的重量百分比不低于20％。
进一步的，所述铁磁性材料为铁、钴、镍中的一种或几种。
进一步的，所述步骤S3、S4中的保护性气氛为氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的一种；还原性气氛为氢气气氛；高真空条件为真空度小于10Pa的真空环境。
进一步的，所述步骤S3中扩散热处理中的温度为600℃～1100℃，保温时间为0.5h～20h。
进一步的，所述步骤S4中使用通电螺线管对泡沫铜合金原料施加磁场，磁场强度大于1000Oe。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明通过沉积铁磁性材料并对铁磁性材料施加磁场，使得泡沫铜中晶粒内部产生电场，形成电极电位差异较大的铜—铁磁性材料微电池，充分激发了铜离子的杀菌作用，从而实现了高效抗菌效果；并且本发明制备的泡沫铜合金对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率均高于99％，符合强抗菌金属材料要求；另一方面，本发明制备的泡沫铜合金在水溶液中的铜离子浓度析出远远低于国家饮用水标准要求的1mg/L，进一步提高了对于水、气过滤效果，并且其可以作为高效过滤、抗菌一体化功能材料，从而大大提高了泡沫金属的应用性能，具有广泛的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为泡沫铜合金结构电镜扫描图；
图2为中国科学院理化技术研究所作出的抗菌活性检测报告第一页；
图3为中国科学院理化技术研究所作出的抗菌活性检测报告第二页；
图4为中国科学院理化技术研究所作出的抗菌活性检测报告第三页；
图5为中国科学院理化技术研究所作出的溶出安全性检测报告第一页；
图6为中国科学院理化技术研究所作出的溶出安全性检测报告第二页；
图7为中国科学院理化技术研究所作出的溶出安全性检测报告第三页；
图8为中国科学院理化技术研究所作出的长霉等级检测报告第一页；
图9为中国科学院理化技术研究所作出的长霉等级检测报告第二页；
图10为中国科学院理化技术研究所作出的长霉等级检测报告第三页；
图11为广东省微生物分析检测中心作出的抗菌性能检测报告第一页；
图12为广东省微生物分析检测中心作出的抗菌性能检测报告第二页；
图13为广东省微生物分析检测中心作出的抗菌性能检测报告第三页；
图14为广东省微生物分析检测中心作出的抗菌性能检测报告第四页。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
以120PPI规格体密度为0.15g/cm3的泡沫铜为基体，进一步电沉积一定厚度的镍单质金属，得到120PPI体密度为0.25g/cm3的泡沫金属复合材料；氢气气氛条件下，随炉升温至920℃保温1小时后随炉冷却至室温，得到泡沫铜合金基材；在10Pa真空条件下升温至480℃后，通过通电螺线管持续施加6000Oe强度的磁场，保温2h后冷却至室温。得到高效抗菌泡沫铜合金。按照JIS Z2801标准测试方法，其对大肠杆菌的杀菌效率为99.845％，对金黄色葡萄球菌的杀菌效率为99.822％，符合强抗菌金属材料要求。
实施例2
以80PPI规格体密度为0.24g/cm3的泡沫铜为基体，进一步气相沉积一定厚度的镍和铁，得到80PPI体密度为0.38g/cm3的泡沫金属复合材料；氩气气氛条件下，随炉升温至980℃保温2小时后随炉冷却至室温，得到泡沫铜合金基材；氩气气氛条件下升温至520℃后通过通电螺线管持续施加8000Oe强度的磁场，保温3h后冷却至室温。得到高效抗菌泡沫铜合金。按照JIS Z2801标准测试方法，其对大肠杆菌的杀菌效率为99.936％，对金黄色葡萄球菌的杀菌效率为99.911％，符合强抗菌金属材料要求。
实施例3
以20PPI规格体密度为0.30g/cm3的泡沫铜为基体，进一步气相沉积一定厚度的镍和钴，得到80PPI体密度为0.52g/cm3的泡沫金属复合材料；0.01Pa真空条件下，随炉升温至1050℃保温2.5小时后随炉冷却至室温，得到泡沫铜合金基材；升温至580℃后通过通电螺线管持续施加9500Oe强度的磁场，保温3h后冷却至室温。得到高效抗菌泡沫铜合金。按照JIS Z2801标准测试方法，其对大肠杆菌的杀菌效率为99.999％，对金黄色葡萄球菌的杀菌效率为99.999％，符合强抗菌金属材料要求。
图1中所示为本发明所制备的泡沫铜合金结构形貌扫描电镜图，该三维结构由若干铜合金纤维组成，纤维之间为三维联通网络结构。本技术所制备的泡沫铜合金中每根铜合金纤维都具有强抗菌作用，在空气处理时，当携带细菌、病菌的颗粒物经过该三维结构时，颗粒物被拦截或吸附，颗粒物所携带的细菌、病菌与铜纤维接触，从而被灭活。在水处理时，水中的细菌、病菌与抗菌铜纤维直接接触，从而被灭活。
如图2至图14所示，通过将本发明制备的泡沫铜合金制成金属滤网并送往中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心进行抗菌活性测试、溶出安全性判定、长霉等级判定，其结果均符合强抗菌金属材料要求；并且将该金属滤网用在车载净化器上并送往广东省微生物分析检测中心进行抗菌性能测试，结果显示其平均细菌杀灭率达到97.62％。因此，本发明制备的泡沫铜合金具有极强的抗菌效果，可以作为高效过滤、抗菌一体化功能材料，具有广泛的市场应用前景。

Claims (8)

1.一种具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、选用泡沫铜作为基体；
S2、在泡沫铜上沉积铁磁性材料；
S3、在保护性气氛或还原性气氛或高真空条件下，对沉积后的泡沫铜进行扩散热处理，冷却至室温后得到泡沫铜合金原料；
S4、在保护气氛或还原气氛或高真空条件下，将泡沫铜合金原料升温至400℃～600℃进行保温，同时对泡沫铜合金原料施加磁场，保温时间和施加磁场时间大于0.5h；
S5、冷却至室温后得到具有强抗菌作用的泡沫铜合金。
2.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述步骤S1中泡沫铜的孔隙密度为5PPI～300PPI。
3.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述步骤S2中采用电沉积或气相沉积在泡沫铜上沉积铁磁性材料。
4.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述步骤S2中在泡沫铜上沉积铁磁性材料后，泡沫铜所占的重量百分比不低于20％。
5.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述铁磁性材料为铁、钴、镍中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述步骤S3、S4中的保护性气氛为氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的一种；还原性气氛为氢气气氛；高真空条件为真空度小于10Pa的真空环境。
7.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述步骤S3中扩散热处理中的温度为600℃～1100℃，保温时间为0.5h～20h。
8.如权利要求1所述的具有强抗菌作用的泡沫铜合金制备方法，其特征在于：所述步骤S4中使用通电螺线管对泡沫铜合金原料施加磁场，磁场强度大于1000Oe。
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