论文部分内容阅读
纳米氧化锌(ZnO)具有抗菌活性，但纳米级颗粒在加工和使用过程中常出现易团聚和不稳定等问题，这往往会严重影响其功能的发挥。相比而言，低维结构ZnO在微-纳米尺度上具有特定的形貌结构和不同的暴露晶面，其中具有高活性暴露晶面的亚微米级ZnO晶体材料有望体现出媲美于纳米ZnO的抗菌活性，从而在抗菌领域蕴藏着广阔的应用前景。 本论文主要针对低维ZnO的晶面调控和性能提升，采用常压水热法获得了具有不同形貌结构和暴露晶面的低维ZnO，并以自制的低维ZnO为研究对象，探讨了ZnO暴露晶面与其抗菌活性之间的关系。在此基础上进一步优化了高活性ZnO的制备工艺条件，实现片层聚集花状 ZnO的常温大批量制备，并将其加入到聚丙烯(PP)基体材料中得到高分子抗菌复合材料。 1. 在常压水热体系中基于ZnO晶体极性表面的诱导作用，通过控制反应条件，调控了具有不同形貌结构和暴露晶面的低维ZnO生长，获得了暴露{21?1?0}晶面族的片层聚集花状ZnO；优势暴露{101?1}锥面族和{101?0}侧面族，且存在一些(0001)晶面的海胆状ZnO；主要暴露{101?0}侧面族和一些(0001)晶面的六棱柱状ZnO。 2.采用抗菌率(GB/T 21510-2008)和最小抑菌浓度(MIC)检测方法(消毒技术规范2008 版)对具有不同暴露晶面的低维结构 ZnO的抗菌活性进行了评价。结果表明，片层聚集花状ZnO浓度为0.5 g/L时对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌率均在99.99%以上。与海胆状ZnO(对E. coli和S. aureus的MIC值分别为600和800 mg/L)和六棱柱状ZnO(对E. coli和S. aureus的MIC值均大于1000 mg/L)相比，片层聚集花状ZnO对E. coli和S. aureus的MIC值分别低至200和300 mg/L。 3. 结合不同暴露晶面对ZnO体系中相关的Zn2+溶出、活性物质H2O2产生和表面氧空位形成的影响，探讨了低维ZnO的抗菌机理，发现在无光条件下通过ZnO晶体的不同活性晶面暴露可以调控 ZnO 表层氧空位浓度及其催化产生的H2O2含量，从而说明具有不同暴露晶面的低维结构ZnO表现出不同的催化抗菌活性。 4. 在系统优化ZnO批量制备的工艺条件的基础上，以具有高活性的低维结构ZnO作为放大对象，获得了暴露晶面可控、抗菌活性优异且可重复性好的片层聚集花状ZnO。通过共混挤出的加工方法可以将ZnO抗菌剂均匀地分散于PP基体材料中制备高分子 抗菌复合材料。当片层聚集花状ZnO抗菌剂的添加量为0.5 wt%时，该高分子复合材料的抗菌率高于 95%，并在自然老化的过程中体现出长效抗菌性能。研究结果显示，自制的复合材料不但具有优异的抗菌性能，而且具备良好的抗菌长效性。