CN113797927A - 一种杀菌薄膜及其制备方法和其在照明装置中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种杀菌薄膜，包括柔性基底和设置在所述柔性基底表面的光催化涂层，所述光催化涂层包括粘结剂及纳米二氧化钛复合颗粒，所述纳米二氧化钛复合颗粒包括纳米二氧化钛颗粒，及复合在所述纳米二氧化钛颗粒表面的金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子。该杀菌薄膜既能利用较宽的光谱进行高效杀菌，又能便捷地在其运用到照明装置中，并具有便捷更换的优点，满足市场对低成本、高效杀菌照明装置的需求。本发明还提供了杀菌薄膜的制备方法及其在照明装置中的应用。

Description

一种杀菌薄膜及其制备方法和其在照明装置中的应用
技术领域
本发明涉及杀菌薄膜领域，具体涉及一种杀菌薄膜及其制备方法和其在照明装置中的应用。
背景技术
目前，随着新冠肺炎疫情的扩散，人们对无菌无污染的健康生活环境的追求也越来越高，如何用较低的成本创造一个无菌无污染的生活环境变得很有必要。每个家庭都安装有灯具等照明设备，如若每个灯具都具有杀菌作用，将会为每个家庭节省杀菌费用的同时，带来安全可靠的健康生活环境。因此开发便捷实用、可杀菌消毒的照明装置势在必行。
目前，市场上具有杀菌作用的照明装置，通过是通过在内部的发光装置或者外部设置光催化材料(如纳米二氧化钛)，如CN200910105473.7。纳米二氧化钛可在紫外光源的激发下，产生光生电子空穴，对空气中的有机小分子(如甲醛、苯、乙醇)及细菌进行分解、灭活，从而达到杀菌、净化空气的作用。但现有的光催化材料都需要在紫外光下进行工作，可利用的光谱范围较窄，且紫外光对人体健康有害，杀菌效果不佳；此外，在照明装置中更换光催化材料不方便，有些甚至需要替换掉整个照明装置，成本较高。因此，有必要提供一种可利用光谱范围广、杀菌效果好的杀菌材料，以便更便捷、廉价地运用到照明装置中。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种可用于照明装置的杀菌薄膜及其制备方法与应用，该薄膜中含有粘结剂及复合有金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子的纳米二氧化钛颗粒，该薄膜具有良好的光催化活性，既能利用较宽的光谱进行高效杀菌，又能便捷地在其运用到照明装置中，并具有便捷更换的优点，满足市场对低成本、高效杀菌照明装置的需求。
本发明第一方面提供了一种杀菌薄膜，包括柔性基底和设置在所述柔性基底表面的光催化涂层，所述光催化涂层包括粘结剂及纳米二氧化钛复合颗粒，所述纳米二氧化钛复合颗粒包括纳米二氧化钛颗粒，及复合在所述纳米二氧化钛颗粒表面的金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子。
本发明的纳米二氧化钛复合颗粒，是在纳米二氧化钛颗粒同时引入金属纳米粒子与金属单原子，相较于单纯的纳米二氧化钛颗粒，增加了较多的光生电子空穴，相应地能够显著降低激发光源的能量，能够进一步利用紫外光与可见光之间的光谱，拓宽了可利用的光谱范围，提高了光催化活性，还可影响细菌、病毒等的生活环境、抑制其遗传物质的复制从而实现更高的细菌病毒灭活效果。
此外，通过金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子的协同作用，可使所述纳米二氧化钛复合颗粒的抑菌杀菌能力为传统纳米二氧化钛颗粒的5倍以上(例如5-50倍)，且与同等条件下只复合有金属纳米粒子或其改性粒子的纳米二氧化钛颗粒相比，其抑菌杀菌能力可提高一倍以上。
本发明中，所述金属纳米粒子或其改性粒子、所述金属单原子中的金属元素不为钛，具体可以独立地选自金、银、钯、钌、铜、镍、铁、钇、铱、钪、钼、钨中的至少一种。优选地，所述金属元素为金、银、铜、镍、钯中的至少一种。其中，所述金属纳米粒子的改性粒子包括部分氧化的金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子(即，全部氧化的金属纳米粒子)。所述金属纳米粒子是由多个金属单原子组成，金属单原子是指分散独立存在的单原子。
可选地，本发明中，所述金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子位于所述纳米二氧化钛颗粒表面的缺陷位置。该缺陷位置具体是指氧空位。
可选地，所述纳米二氧化钛颗粒的粒径为2nm-100nm。可选地，所述金属纳米粒子或其改性粒子的尺寸为1nm-30nm；所述金属单原子的尺寸为0.1nm-0.5nm，以便更好地复合进纳米二氧化钛颗粒的表面缺陷位置。优选地，所述金属纳米粒子或其改性粒子的尺寸为1nm-10nm。
进一步可选地，所述金属纳米粒子或其改性粒子与所述金属单原子的质量之和为所述纳米二氧化钛颗粒质量的1％-50％。根据该质量占比可实现不同金属元素的单原子、金属纳米粒子或其改性粒子的负载能力，以实现不同杀菌能力的调控。
可选地，所述柔性基底的至少一侧表面设置有所述光催化涂层。例如所述柔性基底的一侧表面设置有光催化涂层，也可以是所述柔性基底相对设置的两侧表面均设置有光催化涂层。优选地，所述柔性基底的一侧表面设置有所述光催化涂层，在该杀菌薄膜的后续应用中，可将所述柔性基底未设置光催化涂层的一侧表面设置在照明装置本体的表面，使所述光催化涂层暴露出来，这样可在赋予照明装置本体良好抗菌性的同时，还避免了不必要的物料浪费。
可选地，所述柔性基底的光透过率在70％以上，即，柔性基底的透明度较高。优选地，所述柔性基底的光透过率在90％以上。可选地，所述柔性基底的材质包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、硅烷偶联剂、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和全氟乙丙烯共聚物中的一种或多种，但不限于此。可选地，所述柔性基底为薄膜状。
本发明中，所述粘结剂也是透明或者半透明的。可选地，所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、紫外线固化胶、氰基丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯中的至少一种，但不限于此。
进一步地，所述杀菌薄膜的光透过率在70％以上，优选为80％以上，更优选为90％以上。
可选地，所述光催化涂层中，所述粘结剂的质量占比为1％-10％。较少的粘结剂用量既可保证所述纳米二氧化钛复合颗粒和薄膜基底之间的接触性较好，还可在保证所述纳米二氧化钛复合颗粒的负载量较大的情况下，充分地分散所述纳米二氧化钛复合颗粒，避免团聚。
可选地，所述光催化涂层中，所述纳米二氧化钛复合颗粒的质量占比为90％-99％。
可选地，所述光催化涂层的厚度为50nm-1mm。优选在80nm-50μm。
本发明中，所述杀菌薄膜的面积可以从1平方厘米到数百平方米，方便实现产业化生产。
本发明第一方面提供的杀菌薄膜含有复合有金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子的纳米二氧化钛颗粒，该薄膜可以利用紫外光和可见光进行杀菌，且杀菌效率远大于同等条件下未经修饰的纳米二氧化钛颗粒制成的薄膜；该薄膜的实用性好，环境友好。该薄膜可以便捷地运用到照明装置中，赋予照明装置高效杀菌性能，且在照明装置中更换该薄膜较方便，可解决目前光催化涂层可利用光谱范围窄、杀菌效率低、在照明装置中更换不方便等问题。
本发明第二方面提供了一种杀菌薄膜的制备方法，包括：
将纳米二氧化钛颗粒分散在溶剂中，加入可溶性金属化合物，得到混合溶液；
对所述混合溶液进行微波处理、搅拌加热处理和氙灯照射处理中的至少一种处理，得到含纳米二氧化钛复合颗粒的复合溶液；其中，所述纳米二氧化钛复合颗粒包括纳米二氧化钛颗粒，及复合在所述纳米二氧化钛颗粒表面的金属纳米粒子与金属单原子；
向所述复合溶液中加入粘结剂，将得到的粘性溶液制备在柔性基底的表面，干燥后，在所述柔性基底上形成光催化涂层，得到杀菌薄膜。
所制得的杀菌薄膜中的各向参数如本发明第一方面所述，在此不再赘述。
可选地，所述纳米二氧化钛颗粒的粒径(即，直径)为2nm-100nm。优选为20-80nm。其中，所述纳米二氧化钛颗粒可以以锐钛矿型和/或金红石型晶相存在。在本发明一实施方式中，所述纳米二氧化钛颗粒是以锐钛矿型和金红石型两种晶相共同存在，其中，锐钛矿型占50％以上，此时，所述纳米二氧化钛颗粒具有较好的催化活性。
可选地，所述可溶性金属化合物可以为上述金属元素的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐等盐，对于金、铂等惰性金属元素来说，其可为相应的氯金酸、氯铂酸等。
可选地，所述微波处理时所用的微波功率为500W-1500W，所述微波处理的时间为1min-20min。可选地，所述搅拌加热处理的加热温度为50-150℃，所述搅拌加热处理的时间为30min-10h。可选地，所述氙灯照射处理时，所用氙灯的功率在1000瓦到10万瓦的范围内，所述氙灯照射处理的时间为1min-5h。进一步地，在进行所述氙灯照射处理时，还可对上述混合溶液进行搅拌，还可以在搅拌下进行所述氙灯照射处理保持一定的加热温度，如50-100℃。
可选地，所述搅拌加热处理的时间可以为30min-5h，1-5h或2-4h等。所述搅拌加热处理的过程中温度恒定，该温度可以为50-100℃。
本发明中对所述混合溶液进行微波处理、搅拌加热处理和氙灯照射处理中的至少一种处理，其中不同的处理方式可以单独使用，可以与其他处理方式同时或先后使用。例如，在本发明一实施方式中，可以直接对上述混合溶液进行所述搅拌加热处理，或者直接进行上述氙灯照射处理。在本发明另一实施方式中，可以在对上述混合溶液进行所述微波处理之后，再进行上述搅拌加热处理。微波处理后的混合溶液可能有游离的金属纳米粒子或其改性粒子以及金属单原子，再进行搅拌加热处理可使它们充分吸附、复合到纳米二氧化钛颗粒上，提高复合效果，避免物料浪费。在本发明又一实施方式中，可以先对上述混合溶液进行所述微波处理，再进行所述搅拌加热处理，之后再进行所述氙灯照射处理。本发明又一实施方式中，可以先对上述混合溶液进行所述搅拌加热处理，再进行所述氙灯照射处理，之后再进行所述搅拌加热处理。
可选地，所述光催化涂层通过打印或涂覆的方法制备得到；其中，所述涂覆包括滴涂、刷涂、喷涂、浸涂、刮涂和旋涂中的一种或多种方式的组合。所述打印包括丝网印刷、喷墨打印中的至少一种。
本发明第二方面提供的杀菌薄膜的制备方法，工艺简单，易控制，可大规模制备。
本发明第三方面提供了一种具有杀菌作用的照明装置，包括照明装置本体和设置在所述照明装置本体上的前述杀菌薄膜。
上述杀菌薄膜可通过剪裁得到需要的尺寸，其尺寸可以从1平方厘米到数百平方米，适合批量生产，并与不同形状的照明装置本体相匹配。
其中，当将所述杀菌薄膜设置在照明装置本体时，具体可以将上述柔性基底未设置所述光催化涂层的一侧表面设置在所述照明装置本体的表面，使所述光催化涂层暴露出来。
本发明一实施方式中，可将上述柔性基底未设置光催化涂层的一侧表面在进行静电处理后，再吸附在照明装置本体表面。当然，在本发明其他实施方式中，还可将上述柔性基底未设置光催化涂层的一侧表面通过胶带等粘合在照明装置本体表面。
可选地，所述照明装置本体可以为荧光灯、日光灯、紫外灯等发光灯源，或灯罩。
本发明第三方面提供的具有杀菌作用的照明装置在进行照明时，可以具有抑制细菌、杀灭细菌、净化空气的功效，且上述杀菌薄膜具有一定柔性，更换方便。
本发明具有如下有益效果：
1、上述杀菌薄膜中包含的复合有金属纳米粒子或其改性粒子与金属单原子的纳米二氧化钛复合颗粒，相较于单纯的纳米二氧化钛颗粒具有较高的光催化活性，并可利用较宽的激发光谱实现更强的抑菌杀菌能力；
2、上述杀菌薄膜的成本低、抑菌杀菌能力强，可便捷地应用到照明装置中；其中，含上述纳米二氧化钛复合颗粒的薄膜的抑菌杀菌能力是含未经修饰的纳米二氧化钛颗粒制成的薄膜5倍以上，是含只复合有金属纳米粒子的纳米二氧化钛颗粒制成薄膜2倍以上；
3、所述杀菌薄膜的制备方法简单、可大规模制备；
4、具有杀菌作用的照明装置中，上述杀菌薄膜可在照明装置本体上便捷更换，更换成本低，无需更换整个照明装置。
附图说明
图1为银纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征，以及单纯二氧化钛颗粒的形貌表征，其中，(a)为单纯二氧化钛颗粒的扫描电子显微镜(SEM)照片；(b)为银纳米颗粒与单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的SEM照片，(c)为其低倍透射电子显微镜(TEM)照片；(d)-(e)为其高倍TEM照片，(f)为其高角度环形暗场扫描投射电子显微镜(HAADF-STEM)照片；(g)为其球差校正扫描透射电子显微镜(ac-STEM)照片；(h)为含有银纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的薄膜，插图是表面包覆了该薄膜的照明装置。
图2为金纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征；其中，(a)为该复合颗粒的SEM照片，(b)为其低倍TEM照片，(c)-(d)为其高倍TEM照片，(e)为其HAADF-STEM照片，(f)为其ac-STEM照片；(g)为含有金纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的薄膜；(h)表面包覆了(g)所示薄膜的照明装置。
图3为铜纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征；其中，(a)为该复合颗粒的SEM照片，(b)为其低倍TEM照片，(c)-(d)为其高倍TEM照片，(e)为低倍HAADF-STEM照片，(f)为ac-STEM照片；(g)为含有铜纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的薄膜；(h)表面包覆了(g)所示薄膜的照明装置。
图4为镍纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征；其中，(a)为该复合颗粒的SEM照片，(b)为其低倍TEM照片，(c)-(d)为其高倍TEM照片，(e)为低倍HAADF-STEM照片，(f)为ac-STEM照片；(g)为含有镍纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的薄膜；(h)表面包覆了(g)所示薄膜的照明装置。
具体实施方式
以下所述是本发明的示例性实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
实施例1
一种杀菌薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取商用的平均直径30nm的纳米TiO2颗粒1g(锐钛矿型的质量占比60％，金红石型的质量占比40％)，加入200mL的乙醇中，超声搅拌20分钟，加入硝酸银100mg，再超声搅拌20分钟，使硝酸银在溶液中分散均匀；得到混合溶液；
(2)对该混合溶液进行微波处理4分钟，微波功率为900W，并对得到的混合液在80℃下继续搅拌1小时，之后使用功率1500W的氙灯对搅拌中的溶液(80℃)照射2分钟，得到复合溶液，其含有银纳米颗粒的改性粒子与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒；
(3)往该复合溶液中加入100g的聚四氟乙烯粘结剂，在80℃水浴下继续搅拌1小时得到粘性溶液；将该粘性溶液置于喷淋系统中，喷涂在聚丙烯薄膜基底的一侧表面，经热风吹干，在该薄膜基底上形成厚度为10μm的光催化涂层，得到杀菌薄膜。
该杀菌薄膜的应用：将该杀菌薄膜未设置光催化涂层的一面经过静电处理，吸附在球形照明装置(如荧光灯)表面，最后得到具有杀菌功能的照明装置。
图1为银纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征，从图1中(a)与(b)的对比可知，纳米TiO2颗粒在复合了银纳米颗粒与单原子后，所得复合结构仍然为纳米颗粒，复合前后的尺寸变化小，该复合颗粒的直径约为30nm，由于银极易被空气氧化，因此银纳米颗粒表面有部分氧化。图1中(c)中低倍TEM表明复合后二氧化钛纳米颗粒之间有粘连现象。图1中(d)-(e)的高倍TEM照片表明，TiO2颗粒表面分布有银纳米颗粒，其直径为1-5nm；(f)-(g)的STEM照片表明，银的纳米改性粒子和单个银原子共同分布在纳米TiO2颗粒的表面缺陷位置。
图1中(h)展示了在聚丙烯薄膜基底上喷涂上述复合颗粒后形成的杀菌薄膜，插图是包覆有该杀菌薄膜的照明装置。结果发现，在同等条件下，与单纯的未复合银纳米颗粒与单原子的TiO2颗粒制成的薄膜相比，实施例1提供的杀菌薄膜的杀菌效率是其10倍以上；与由相同质量的只复合有银纳米颗粒的TiO2颗粒制成的薄膜相比，实施例1提供的杀菌薄膜的杀菌效率提高了2倍。这表明，本发明提供的杀菌薄膜具有优异的杀菌效果。
此外，本实施例1提供的杀菌薄膜中，银纳米颗粒与单原子的质量之和为TiO2颗粒质量的6.2％；干燥后的光催化涂层中，粘结剂的质量占比为1％。
实施例2
一种杀菌薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取商用的平均直径25nm的纳米TiO2颗粒1.1g(锐钛矿型的质量占比为55％，金红石型的质量占比为45％)，加入200mL的乙醇中，超声搅拌20分钟，加入100mg的氯金酸，再超声搅拌20分钟，使氯金酸在溶液中分散均匀；得到混合溶液；
(2)对该混合溶液在80℃水浴下搅拌加热1小时，之后使用功率1000W的氙灯对搅拌中的溶液(80℃)照射5分钟，之后在80℃水浴下再搅拌30分钟，得到复合溶液，其含有金纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒；
(3)往该复合溶液中加入100g的聚乙烯醇粘结剂，在80℃水浴下继续搅拌2小时得到粘性溶液；将该粘性溶液置于喷淋系统中，喷涂在聚氯乙烯薄膜基底的一侧表面，经热风吹干，在该薄膜基底上形成厚度为20μm的光催化涂层，得到杀菌薄膜。
该杀菌薄膜的应用：将该杀菌薄膜未设置光催化涂层的一面经过静电处理，吸附在方形荧光灯表面，最后得到具有杀菌功能的照明装置。
图2为金纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征，从图2中(a)-(b)可知，纳米TiO2颗粒在复合了金纳米颗粒与其单原子后，所得复合结构仍然为纳米颗粒，该复合颗粒的直径约为20nm。图2中(c)和(d)的高倍TEM照片表明，复合后的二氧化钛纳米颗粒分布有金的纳米团簇，其直径为1-4nm；(e)-(f)的STEM照片表明，金的纳米粒子和单个的金原子共同分布在纳米TiO2颗粒的表面缺陷位置。
图2中(g)展示了在聚氯乙烯薄膜基底上喷涂上述复合颗粒后形成的杀菌薄膜，图2中(h)是包覆有该杀菌薄膜的方形照明装置。结果发现，在同等条件下，与单纯的TiO2颗粒制成的薄膜相比，实施例2提供的杀菌薄膜的杀菌效率是其50倍。这表明，本发明提供的杀菌薄膜具有优异的杀菌效果。
此外，本实施例2提供的杀菌薄膜中，金纳米颗粒与单原子的质量之和为TiO2颗粒质量的3.5％；光催化涂层中，粘结剂的质量占比为1％。
实施例3
一种杀菌薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取商用的平均直径25nm的纳米TiO2颗粒1.02g(锐钛矿型的质量占比为65％，金红石型的质量占比为35％)，加入200mL的乙醇中，超声搅拌20分钟，加入150mg的氯化铜，再超声搅拌20分钟，使氯化铜在溶液中分散均匀；得到混合溶液；
(2)对该混合溶液在80℃水浴下搅拌加热1小时，得到复合溶液，其含有铜纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒；
(3)往该复合溶液中加入100g的聚乙烯醇粘结剂，在80℃水浴下继续搅拌2小时得到粘性溶液；将该粘性溶液置于喷淋系统中，喷涂在聚氯乙烯薄膜基底的一侧表面，经热风吹干，在该薄膜基底上形成厚度为20μm的光催化涂层，得到杀菌薄膜。
该杀菌薄膜的应用：将该杀菌薄膜未设置光催化涂层的一面经过静电处理，吸附在方形紫外灯表面，最后得到具有杀菌功能的照明装置。
图3为铜纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征，从图3中(a)-(b)可知，纳米TiO2颗粒在复合了铜纳米颗粒与其单原子后，所得复合结构仍然为纳米颗粒，该复合颗粒的直径约为25nm。图3中(c)和(d)的高倍TEM照片表明，复合后的二氧化钛纳米颗粒分布有铜的纳米团簇，其直径为2-5nm；(e)-(f)的STEM照片表明，铜的纳米粒子和单个的金原子共同分布在纳米TiO2颗粒的表面缺陷位置。
图3中(g)展示了在聚氯乙烯薄膜基底上喷涂上述复合颗粒后形成的杀菌薄膜，图2中(h)是包覆有该杀菌薄膜的方形照明装置。结果发现，在同等条件下，与单纯的TiO2颗粒制成的薄膜相比，实施例3提供的杀菌薄膜的杀菌效率是其5倍。这表明，本发明提供的杀菌薄膜具有优异的杀菌效果。
此外，本实施例3提供的杀菌薄膜中，铜纳米颗粒与单原子的质量之和为TiO2颗粒质量的6.3％；干燥后的光催化涂层中，粘结剂的质量占比为1％。
实施例4
一种杀菌薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取商用的平均直径25nm的纳米TiO2颗粒1.01g(锐钛矿型的质量占比为60％，金红石型的质量占比为40％)，加入200mL的乙醇中，超声搅拌20分钟，加入200mg的氯化镍，再超声搅拌20分钟，使氯化镍在溶液中分散均匀；得到混合溶液；
(2)在搅拌条件下，对该混合溶液使用功率为1万瓦的氙灯照射1小时，得到复合溶液，其含有镍纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒；
(3)往该复合溶液中加入80g的聚四氟乙烯粘结剂，继续搅拌2小时得到粘性溶液；将该粘性溶液置于喷淋系统中，喷涂在聚氯乙烯薄膜基底的一侧表面，经热风吹干，在该薄膜基底上形成厚度为20μm的光催化涂层，得到杀菌薄膜。
该杀菌薄膜的应用：将该杀菌薄膜未设置光催化涂层的一面经过静电处理，吸附在方形荧光灯表面，最后得到具有杀菌功能的照明装置。
图4为镍纳米颗粒与其单原子共复合的二氧化钛复合颗粒的形貌表征及其应用表征，从图4中(a)-(b)可知，纳米TiO2颗粒在复合了镍纳米颗粒与其单原子后，所得复合结构仍然为纳米颗粒，该复合颗粒的直径约为25nm。图3中(c)和(d)的高倍TEM照片表明，复合后的二氧化钛纳米颗粒分布有镍的纳米团簇，其直径为2-5nm；(e)-(f)的STEM照片表明，镍的纳米粒子和单个的金原子共同分布在纳米TiO2颗粒的表面缺陷位置。
图4中(g)展示了在聚氯乙烯薄膜基底上喷涂上述复合颗粒后形成的杀菌薄膜，图4中(h)是包覆有该杀菌薄膜的方形照明装置。结果发现，在同等条件下，与单纯的TiO2颗粒制成的薄膜相比，实施例3提供的杀菌薄膜的杀菌效率是其2倍。这表明，本发明提供的杀菌薄膜具有优异的杀菌效果。
此外，本实施例4提供的杀菌薄膜中，镍纳米颗粒与单原子的质量之和为TiO2颗粒质量的7.2％。干燥后的光催化涂层中，粘结剂的质量占比为0.8％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种杀菌薄膜，其特征在于，包括柔性基底和设置在所述柔性基底表面的光催化涂层，所述光催化涂层包括粘结剂及纳米二氧化钛复合颗粒，所述纳米二氧化钛复合颗粒包括纳米二氧化钛颗粒，复合在所述纳米二氧化钛颗粒表面的金属纳米粒子或其改性粒子以及金属单原子。
2.如权利要求1所述的杀菌薄膜，其特征在于，所述纳米二氧化钛颗粒的粒径为2nm-100nm，所述金属纳米粒子或其改性粒子的尺寸为1nm-30nm，所述金属单原子的尺寸为0.1nm-0.5nm。
3.如权利要求1或2所述的杀菌薄膜，其特征在于，所述金属纳米粒子或其改性粒子与所述金属单原子的质量之和为所述纳米二氧化钛颗粒质量的1％-50％。
4.如权利要求1所述的杀菌薄膜，其特征在于，所述金属纳米粒子或其改性粒子与所述金属单原子中的金属元素独立地选自金、银、钯、钌、铜、镍、铁、钇、铱、钪、钼、钨中的至少一种。
5.如权利要求1所述的杀菌薄膜，其特征在于，所述光催化涂层中，所述粘结剂的质量占比为1％-10％；所述光催化涂层的厚度为50nm-1mm。
6.如权利要求1所述的杀菌薄膜，其特征在于，所述柔性基底的光透过率在70％以上；所述柔性基底的材质包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、聚二甲基硅氧烷、硅烷偶联剂、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和全氟乙丙烯共聚物中的一种或多种；
所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、紫外线固化胶、氰基丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯中的至少一种。
7.一种杀菌薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
将纳米二氧化钛颗粒分散在溶剂中，加入可溶性金属化合物，得到混合溶液；
对所述混合溶液进行微波处理、搅拌加热处理和氙灯照射处理中的至少一种处理，得到含纳米二氧化钛复合颗粒的复合溶液；其中，所述纳米二氧化钛复合颗粒包括纳米二氧化钛颗粒，复合在所述纳米二氧化钛颗粒表面的金属纳米粒子或其改性粒子以及金属单原子；
向所述复合溶液中加入粘结剂，将得到的粘性溶液制备在柔性基底的表面，干燥后，在所述柔性基底上形成光催化涂层，得到杀菌薄膜。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述微波处理时所用的微波功率为500W-1500W，所述微波处理的时间为1min-20min；所述搅拌加热处理的加热温度为50-150℃，所述搅拌加热处理的时间为30min-10h；所述氙灯照射处理时，所用氙灯的功率在1000瓦到10万瓦的范围内，所述氙灯照射处理的时间为1min-5h。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光催化涂层通过打印或涂覆的方法制备得到；其中，所述涂覆包括滴涂、刷涂、喷涂、浸涂、刮涂和旋涂中的一种或多种方式的组合。
10.一种具有杀菌功能的照明装置，其特征在于，包括照明装置本体和设置在所述照明装置本体上的如权利要求1-6任一项所述的杀菌薄膜。
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