CN113973839B - 一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料、制备方法及杀菌装置 - Google Patents

一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料、制备方法及杀菌装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料、制备方法及杀菌装置，以碳纤维布为衬底，并在其正反两面均形成一层金膜；然后利用CVD法，以乙酰丙酮镓和氧化锌为前驱体，氨气为反应气体，金为催化剂，在碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料。GaN:ZnO纳米线为氧化锌和氮化镓的固溶体，其在水溶液中非常稳定，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀和耐热等性能。GaN:ZnO还是一种纤锌矿结构的半导体，可通过掺杂增加其导电性。此外，GaN:ZnO在溶液中能微量溶解，溶解后的锌离子和镓离子对人体无害且锌离子还具有一定的杀菌作用。利用GaN:ZnO纳米线的电场杀菌效应和锌离子溶出效应，该复合材料表现出良好的杀菌性能，从而实现水溶液中高效稳定、无毒无害和低能耗杀菌。

Description

一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料、制备方法及杀菌 装置
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，且特别涉及一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料、制备方法及杀菌装置。
背景技术
细胞膜的完整性与维持微生物生命活动是息息相关的。正常生理状态下，细胞的静息电位一般在几十毫伏。当外加强电场使细胞的跨膜电压达到1V左右时，膜上的蛋白通道打开，磷脂分子再定位形成许多新的膜孔，但当电脉冲电场使跨膜电压进一步增大，产生脉冲电流将击穿细胞膜形成电穿孔，引起细胞膜发生不可逆的改变，从而达到杀灭微生物的效果。利用纳米线结构尺寸效应，可以使一维导电纳米结构电极尖端的电场增强3～4个数量级，从而形成局部增强电场效应。因此，一维导电纳米线电极可以在低电压下产生大的电场(>10kV cm-1)，杀死细菌和其他微生物。
目前，有研究将碳纳米管与聚氨酯海绵或棉花混合，然后再涂覆银纳米线，利用碳纳米管的导电性和银纳米线的局部电场增强效应杀灭流经海绵或棉花的水里的细菌。有研究者制备了宏观碳纳米管(CNT)海绵，通过增加CNT长度与直径的比值，实现了良好的细胞失活性能，但其灭菌效率仍不能满足实际需求。
还有研究利用空气中一步氧化法在铜网上直接制备CuO NWs，并通过静电法制备了两个平行的CuO NWs网状电极作为过滤器。通过采用类似的空气中氧化的方法，研究者在泡沫铜上制备CuO纳米线或Cu2O纳米线。该材料在1V电压，小于50mL/min的水流下能够实现7log的细菌灭活率。但其只能保持8min的最佳杀菌率，2h后则完全失去灭菌能力。为了提高稳定性，研究者通过采用多巴胺包覆，能够将使用时间提高到16小时。进一步地，通过将CuO纳米线在高温下磷化可使其转变为Cu3P纳米线。多巴胺包覆的负载有Cu3P纳米线的铜网在1V电压下的杀菌稳定性提高到15天。此外，还有研究者在铸铁网上生长Fe2O3纳米线以用于杀菌。上述方法存在的问题包括：1、铜网、泡沫铜或铸铁网的耐腐蚀性不够，因此不能在酸性或碱性的环境中长期工作。即使在中性水溶液环境中，由于纳米线电极上容易产生沉积物，且该沉积物需要在450℃下热处理才能去除，因此会影响纳米线的持续工作。2、上述纳米线均为氧化物，使得纳米线本身的导电性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，此复合材料无毒，且具有高载流子迁移率和良好的稳定性，可用于制作杀菌装置的电极，具有良好的杀菌性能。
本发明的另一目的在于提供一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的制备方法，通过CVD技术在碳纤维上生长GaN:ZnO纳米线，该方法简单且参数可控，适用于工业化大规模生产。
本发明的第三个目的在于提供一种杀菌装置，该杀菌装置以碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料作为电极，利用GaN:ZnO纳米线的电场杀菌效应和Zn离子溶出效应，可实现水溶液中高效稳定，无毒无害且低能耗的杀菌。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，包括碳纤维衬底以及生长在所述碳纤维上的GaN:ZnO纳米线，所述GaN:ZnO纳米线为氧化锌和氮化镓的固溶体。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述GaN:ZnO纳米线为纤锌矿六方结构的半导体，其直径为45～55nm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述GaN:ZnO纳米线复合材料中，所述氧化锌的摩尔百分比为0～21％。
本发明提出一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：
以碳纤维布为衬底，并在所述碳纤维布的正反两面均形成有一层金膜；
以乙酰丙酮镓和氧化锌为前驱体，通过CVD法在覆有金膜的所述碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，通过CVD法在覆有金膜的所述碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线的步骤包括：
将所述乙酰丙酮镓、所述氧化锌和所述碳纤维布放置在CVD装置中，通入氮气和氨气反应40～50min，随炉冷，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线的生长压力为500～10000Pa。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述氮气和所述氨气的流量均为40～60sccm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述CVD装置为双温区滑轨管式炉，所述乙酰丙酮镓置于炉腔的第一温区，所述氧化锌和所述碳纤维布置于炉腔的第二温区，所述第一温区的预设温度为200～450℃，所述第二温区的预设温度为600～850℃。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一温区和所述第二温区的升温速率均为8～12℃/min。
本发明还提供了一种杀菌装置，以上述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料作为电极。
本发明实施例的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料、制备方法及杀菌装置的有益效果是：
本发明的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，包括碳纤维衬底以及生长在碳纤维上的GaN:ZnO纳米线。GaN:ZnO纳米线为氧化锌和氮化镓的固溶体，其在水溶液中非常稳定，且具有耐酸、耐碱、耐腐蚀和耐热等性能。另一方面，GaN:ZnO还是一种纤锌矿结构的半导体，可以通过掺杂增加其导电性。此外，GaN:ZnO在溶液中能微量溶解，溶解后的锌离子和镓离子不仅对人体无毒害作用，且其中的锌离子还具有一定的杀菌作用。因此，将碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料作为杀菌装置的电极用于水处理和微生物消杀领域，在GaN:ZnO纳米线的电场杀菌效应和锌离子溶出效应的叠加作用下，该电极能表现出良好的杀菌性能，从而能实现水溶液中高效稳定、无毒无害和低能耗的杀菌。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的碳纤维布夹在石英框里的结构示意图；
图2为本发明实施例的CVD装置的结构示意图；
图3为本发明实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的SEM图；
图4为本发明实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的TEM图；
图5为本发明实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的HRTEM图和GaN:ZnO纳米线的衍射图；
图6为本发明实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的X射线能谱分析(EDS)图；
图7为本发明实施例的杀菌装置进行杀菌实验的示意图；
图8为分别采用对比例1的空白碳纤维布、对比例2的GaN纳米线/碳布以及实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料制作的杀菌装置在不同电压下的杀灭生理盐水中大肠杆菌的杀菌效果对比图；
图9为对比例1的空白碳纤维布、对比例2的GaN纳米线/碳布以及实施例2的GaN:ZnO NWs/C的抑菌率随电压变化的曲线图；
图10为分别采用对比例1的空白碳纤维布、对比例2的GaN纳米线/碳布以及实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料制作的杀菌装置在不同电压下的杀灭PBS缓冲溶液中大肠杆菌的杀菌效果对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料及其制备方法、应用进行具体说明。
本发明实施例提供的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，包括碳纤维衬底以及生长在所述碳纤维上的GaN:ZnO纳米线，所述GaN:ZnO纳米线为氧化锌和氮化镓的固溶体。
碳纤维具有较好的导电性和稳定性，可将其用于作为纳米线的衬底。GaN:ZnO为ZnO与GaN的固溶体，在水溶液中非常稳定，且耐酸、耐碱、耐腐蚀和耐热。即使有微量的GaN:ZnO溶解，溶解的镓离子和锌离子也不会对人体产生毒害，且锌离子还具有一定的抗菌杀菌作用。因此，通过CVD法在碳纤维上生长均匀密布的GaN:ZnO纳米线得到的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料具有较好的机械稳定性、热稳定性和化学稳定性等优点，且利用GaN:ZnO纳米线的电场杀菌效应和锌离子溶出效应，可达到良好的杀菌性能。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述GaN:ZnO纳米线为纤锌矿六方结构的半导体，其直径为45～55nm，其长度为几百纳米。GaN:ZnO为纤锌矿结构的半导体，具有高载流子迁移率，且可通过掺杂以增加其导电性，从而实现低能耗杀菌。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述GaN:ZnO纳米线复合材料中，所述氧化锌的摩尔百分比为0～21％。GaN:ZnO固溶体内ZnO的含量与CVD生长压力有关，压力越小，固溶体内ZnO的含量越低。当GaN:ZnO的生长压力在500～10000Pa时，固溶体内氧化锌的摩尔百分比为0～21％。GaN:ZnO纳米线内含的锌元素有可能在溶液中微量溶解，溶解后的锌离子具有一定的杀菌作用，因此，在纳米线的电场杀菌效应和锌离子溶出效应的共同作用下，使得GaN:ZnO纳米线的灭菌效果优于纯GaN纳米线。
本发明提出一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、以碳纤维布为衬底，并在所述碳纤维布的正反两面均形成有一层金膜。纳米线CVD生长过程中，金膜会团聚变成金的纳米颗粒，这些金颗粒吸收气相的镓、锌、氧、氮，反应生成固相GaN:ZnO纳米线。其中，纳米线的直径由金颗粒的直径决定。
在本发明的较佳实施例中，碳纤维布的尺寸为(55～60)mm*(30～40)mm。进一步优选为60mm*35mm。本发明使用的碳纤维布可通过市售获得，例如，碳纤维布可选用日本Toray提供的碳纤维布(型号为T300-3K)。碳纤维布具有较好的导电性和稳定性，将其作为纳米线的衬底可使杀菌装置在水处理过程中长期稳定工作。
在使用前，先对碳纤维布进行预处理。预处理的步骤为：将碳纤维布进行等离子清洗5～15min。其中，清洗功率为90～110W，氩气流量为25～35sccm。更为优选地，清洗功率为100W，氩气流量为30sccm。然后将预处理后的碳纤维布夹在石英框里(如图1所示)。在等离子体清洗中，采用氩气对碳纤维表面进行清洗和表面粗化，可以提高碳纤维表面粗糙度，从而增加碳纤维与GaN:ZnO纳米线之间的结合力。
S2、以乙酰丙酮镓和氧化锌为前驱体，通过CVD法在覆有金膜的所述碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，通过CVD法在覆有金膜的所述碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线的步骤包括：将所述乙酰丙酮镓、所述氧化锌和所述碳纤维布放置在CVD装置中，通入氮气和氨气反应40～50min，随炉冷，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线的生长压力为2000～10000Pa。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述氮气和所述氨气的流量均为40～60sccm。优选地，氮气和氨气的流量均为50sccm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，参照图2所示，所述CVD装置为双温区滑轨管式炉，所述乙酰丙酮镓置于炉腔的第一温区，所述氧化锌和所述碳纤维布置于炉腔的第二温区。具体地，乙酰丙酮镓和氧化锌均设置在管2中，其中，乙酰丙酮镓放在管2的第一温区的小炉塞右边位置，小炉塞放入管2中离炉塞左边约4厘米处。氧化锌粉末放置小石英管内且位于管2的末端。碳纤维布则位于第二温区的中央。所述第一温区的预设温度为400～450℃，所述第二温区的预设温度为750～850℃。优选地，第二温区的预设温度为800℃。
将滑轨炉置于下风口区域(图2中石英管的右半边)，待滑轨炉升温至预设的温度(例如第一温区升温至400℃，第二温区升温至800℃，升温速率为10℃/min)后，将其推入第一温区和第二温区，并通入40～60sccm氨气，待滑轨炉恢复至预设温度后，通入40～60sccm的氮气。保温反应40～55min。在升温和保温过程中需严格按照上述步骤进行并腔压保持1个大气压左右。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一温区和所述第二温区的升温速率均为8～12℃/min。
本发明还提供了一种杀菌装置，该杀菌装置以上述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料作为电极。该杀菌装置的电极在一定电压(小于10V)下能表现出良好的杀菌性能，从而能实现水溶液中高效稳定、无毒无害和低能耗的杀菌。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，其按照以下步骤制备得到：
S1、碳纤维布的前处理：将碳纤维布进行等离子清洗10min，其中，碳纤维布的尺寸为60mm*35mm，清洗功率为100W，氩气流量为30sccm。然后将碳纤维布放置到SEM室内，正反两面各喷金5s以在碳纤维布表面形成一层金膜。最后，将碳纤维布夹在石英框里。
S2、利用CVD生长设备在碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线。
S21、样品放置：将步骤S1中的碳纤维布放入第二温区(zone2)，将0.15g的乙酰丙酮镓放入第一温区(zone1)，第一温区比第二温区更靠近炉管的管口。乙酰丙酮镓靠近炉塞右边放置。
S22、CVD装置前处理：放氮气到接近1个大气压，抽真空，进行洗气，反复三次。设置氮气气流量为50sccm通过管口1，调节真空泵挡板阀使得腔压接近1个大气压，合上炉盖。设定第一温区的温度为400℃，第二温区的温度为800℃，升温速率为10℃/min。达到预设温度后保温45min，随后随炉冷。
S23、反应过程：将炉子拉至下风口，开启升温炉。将升温炉加热到预设温度后，关闭氮气，打开氨气(50sccm)通过管口3，将炉子拉至上风口(即样品所在位置)。待炉子温度恢复至设定温度后，打开氮气(50sccm)通过管口2。调节真空泵挡板阀使得炉腔的腔压为2000pa保持45分钟。
S24、取样：保温完成后，将氮气流量调节为80sccm。当升温炉温度显示为200℃以下，关闭氮气；打开出气法兰，取出样品。
实施例2
本实施例提供的一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于：步骤S23中，调节真空泵挡板阀使得炉腔的腔压为5000pa保持45分钟。
实施例3
本实施例提供的一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于：步骤S23中，调节真空泵挡板阀使得炉腔的腔压为10000pa保持45分钟。
实施例4
本实施例提供的一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于：步骤S21中，第一温区中乙酰丙酮镓的质量为0.2g。
实施例5
本实施例提供的一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，按照实施例1的步骤进行，且与实施例1的不同之处在于：步骤S22中，设定第一温区的温度为450℃。
对比例1
本对比例提供了一种碳纤维布，该纤维布为日本Toray提供的碳纤维布(型号为T300-3K)。
对比例2
本对比例提供了一种GaN纳米线/碳布，其按照以下步骤制备得到：
S1、碳纤维布的前处理：将碳纤维布进行等离子清洗10min，其中，碳纤维布的尺寸为60mm*35mm，清洗功率为100W，氩气流量为30sccm。然后将碳纤维布放置到SEM室内，正反两面各喷金5s以在碳纤维布表面形成一层金膜。最后，将碳纤维布夹在石英框里。
S2、利用CVD生长设备在碳纤维布上生长GaN纳米线。
S21、样品放置：将步骤S1中的碳纤维布放入第二温区(zone2)，将0.15g的乙酰丙酮镓放入第一温区(zone1)，第一温区比第二温区更靠近炉管的管口。
S22、CVD装置前处理：放氮气到接近1个大气压，抽真空，进行洗气，反复三次。设置氮气气流量为50sccm通过管口1，调节真空泵挡板阀使得腔压接近1个大气压，合上炉盖。设定第一温区的温度为400℃，第二温区的温度为800℃，升温速率为10℃/min。达到预设温度后保温45min，随后随炉冷。
S23、反应过程：将炉子拉至下风口，开启升温炉。将升温炉加热到预设温度后，关闭氮气，打开氨气(50sccm)通过管口3，将炉子拉至上风口(即样品所在位置)。待炉子温度恢复至设定温度后，打开氮气(50sccm)通过管口2。调节真空泵挡板阀使得炉腔的腔压为5000pa保持45分钟。
S24、取样：保温完成后，将氮气流量调节为80sccm。当升温炉温度显示为200℃以下，关闭氮气；打开出气法兰，取出样品。
试验例1
采用扫描电子显微镜对实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料进行观察。如图3所示为碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的SEM图。从图3可以看出，碳纤维布的碳纤维上负载有纳米线，且纳米线分布均匀。
试验例2
采用透射电子显微镜对实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料进行观察。如图4所示为碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的TEM图。从图4可以看出，GaN:ZnO纳米线上有Au催化剂残留。GaN:ZnO纳米线的直径为50nm左右，长度为几百纳米。
试验例3
采用高分辨率的透射电镜对实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料进行观察。如图5所示为碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的HRTEM图，左下为GaN:ZnO纳米线的衍射图。从图5可以看出，GaN:ZnO纳米线为纤锌矿六方结构。
试验例4
如图6所示为实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的X射线能谱分析(EDS)图。EDS图显示GaN:ZnO纳米线的成分包括Ga、Zn、N、O，表明该GaN:ZnO纳米线为GaN和ZnO的固溶体。
试验例5
如图7所示，分别采用对比例1的空白碳纤维布、对比例2的GaN纳米线/碳布以及实施例2的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料(GaN:ZnO NWs/C)制作相应的杀菌装置(图7所示)。其中，杀菌装置分别以空白碳纤维布、GaN纳米线/碳布和碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料作为其电极。然后在一定的电压作用下，让流速为16mL/min的0.9％NaCl水溶液分别流经三个杀菌装置，并采用菌落计数法对流经三个杀菌装置的NaCl水溶液中的大肠杆菌的含菌数进行计算。其中，每个杀菌装置中，碳纤维布的层数均为4层。外加电压分别为1V、3V和5V。
由图8可以看出，三个杀菌装置在外加电压为5V时均可达到100％的杀菌效果。其中，在电压为5V时，由于NaCl水溶液电解产生次氯酸钠具有杀菌作用，使得空白碳纤维布在电压为5V时具有100％的杀菌效果。而GaN纳米线/碳布和碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的杀菌效果则是通过电场杀菌和次氯酸钠杀菌的叠加效应。因此，当电压降低到3V时，负载纳米线的碳布的杀菌效率明显高于空白碳布，且由于GaN:ZnO纳米线里微量Zn离子溶出引起的额外杀菌效果使得碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料的杀菌效率明显高于GaN纳米线/碳布。当电压降低到1V时，三个杀菌装置的杀菌效果则没有明显区别。
如图9所示为对比例1的空白碳纤维布、对比例2的GaN纳米线/碳布以及实施例2的GaN:ZnO NWs/C的抑菌率随电压变化的曲线图(大肠杆菌、生理盐水)。其中，图(a)为采用菌落技术法获得的抑菌率的变化曲线图，图(b)为采用吸光度法获得的抑菌率的变化曲线图。从图9可以看出，空白碳纤维布、GaN纳米线/碳布和GaN:ZnO NWs/C的抑菌率均随着电压的增加而增大，且负载有纳米线的碳纤维布的抑菌率大于空白碳纤维布的抑菌率。当电压达到5V时，空白碳纤维布、GaN纳米线/碳布和GaN:ZnO NWs/C的抑菌率均达到100％。
试验例6
如图10所示，分别采用对比例1的空白碳纤维布、对比例2的GaN纳米线/碳布以及实施例2的GaN:ZnO NWs/C制作相应的杀菌装置。然后在一定的电压作用下，让流速为10mL/min的PBS缓冲溶液分别流经三个杀菌装置，并采用菌落计数法对流经三个杀菌装置的NaCl水溶液中的大肠杆菌的含菌数进行计算。其中，每个杀菌装置中，碳纤维布的层数均为1层。外加电压分别为1V、3V、5V、7V和10V。
从图10可以看出，在PBS缓冲溶液中，对于一层空白碳布，即使电压增加到7V都没有杀菌效果。而一层碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料在7V的电压下其可达到100％的抑菌率，优于同条件下生长的一层GaN纳米线/碳布。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料在杀菌装置中的应用，其特征在于，以所述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料作为电极，其中，所述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料，包括碳纤维衬底以及生长在所述碳纤维上的GaN:ZnO纳米线，所述GaN:ZnO纳米线为氧化锌和氮化镓的固溶体；所述GaN:ZnO纳米线为纤锌矿六方结构的半导体，其直径为45~55nm；所述GaN:ZnO纳米线复合材料中，所述氧化锌的摩尔百分比为0~21%；所述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料通过如下方法制备得到：
以碳纤维布为衬底，并在所述碳纤维布的正反两面均形成有一层金膜；
以乙酰丙酮镓和氧化锌为前驱体，通过CVD法在覆有金膜的所述碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料；
其中，通过CVD法在覆有金膜的所述碳纤维布上生长GaN:ZnO纳米线的步骤包括：
将所述乙酰丙酮镓、所述氧化锌和所述碳纤维布放置在CVD装置中，通入氮气和氨气反应40~50min，随炉冷，得到碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料；
其中，所述碳纤维负载GaN:ZnO纳米线的生长压力为2000~10000Pa；
其中，所述氮气和所述氨气的流量均为40~60sccm；所述CVD装置为双温区滑轨管式炉，所述乙酰丙酮镓置于炉腔的第一温区，所述氧化锌和所述碳纤维布置于炉腔的第二温区，所述第一温区的预设温度为200~450℃，所述第二温区的预设温度为600~850℃。
2.根据权利要求1所述的碳纤维负载GaN:ZnO纳米线复合材料在杀菌装置中的应用，其特征在于，所述第一温区和所述第二温区的升温速率均为8~12℃/min。
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