[发明专利]一种空间环境用基材表面抗菌结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种空间环境用基材表面抗菌结构及其制备方法，所述的基材为钛或钛合金，属于金属纳米离子改性功能材料及其应用技术领域。通过稳压阳极氧化方法在钛及钛合金表面制备二氧化钛纳米管阵列，该方法简单，生成二氧化钛纳米管效率高，得到的纳米管结构规整，且提高了钛及钛合金的比表面积，从而增强其负载抗菌离子的能力。通过电子束蒸发沉积技术将有机硅包裹银颗粒沉积到二氧化钛纳米管内，在不影响钛及钛合金基体的力学性能的前提下，提高钛及钛合金在空间环境下的抗微生物腐蚀能力。

技术领域

本发明涉及一种空间环境用基材表面抗菌结构及其制备方法，所述的基材为钛或钛合金，属于金属纳米离子改性功能材料及其应用技术领域，特别是涉及含银有机硅复合颗粒沉积到基材表面的纳米管孔洞中。

背景技术

钛及钛合金以质轻、比强度高、比刚度好、耐腐蚀、耐高温等特点而广泛应用于航空航天领域，这种材料有一定的耐生物腐蚀能力，但不能抵御长期的微生物腐蚀，限制了其在航天航空领域的应用。

空间环境具有地面环境中所不存在的一些特殊环境，包括离子辐射、原子氧、电磁辐射、微重力、高真空和极度温差等，这些因素在影响航天器材料、器件和舱室环境的同时，也会通过诱导空间微生物产生基因突变和调控机制的变化，进而影响微生物的生物学性状和功能。当航天器处于无地面压力的高致变环境中，某些微生物的变异会加速，加上航天器密闭舱室内的湿温度、O₂与CO₂等气体组分、挥发性有机污染物和舱内异味(硫醇等)因素，如果控制不当，则会促进微生物的繁殖，进而对钛及钛合金材料造成腐蚀，从而减短航天器的寿命，甚至危害航天员的生命。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间环境用基材表面抗菌结构及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种空间环境用基材表面抗菌结构，该抗菌结构包括二氧化钛纳米管和含银有机硅复合颗粒，含银有机硅复合颗粒沉积在二氧化钛纳米管的孔洞中；

所述的二氧化钛纳米管的内径为80-500nm，二氧化钛纳米管的高度为8-20μm；

所述的含银有机硅复合颗粒的制备方法为：将有机硅和含银化合物粉末利用混料机进行充分混合，并采用压片机将混合后的粉末压成饼状，得到有机硅和含银化合物的复合颗粒，有机硅与含银化合物的质量比为1：0.3-3。

一种空间环境用基材表面抗菌结构的制备方法，该方法的步骤包括：

步骤一，将基材表面抛光至表面粗糙度R≤0.4μm；

步骤二，对基材表面进行电化学除油；

步骤三，对基材表面进行酸蚀；

步骤四，对基材表面进行阳极氧化处理，在基材表面得到二氧化钛纳米管；

步骤五，将步骤四中得到的表面带有二氧化钛纳米管的基材放置在真空室中，当真空室中的气压不大于10^-5Pa时给真空室通入氩气，当真空室气压达到10^-2Pa时，打开氩离子清洗源，对基材表面进行氩离子清洗，然后采用电子束蒸发的方法将有机硅包裹银颗粒沉积到基材表面。

所述的步骤一中，抛光为机械抛光，采用水磨纸依次打磨至表面无明显划痕，粗糙度≤0.4μm，然后用蒸馏水冲洗；

所述的步骤二中，电化学除油中所使用的化学除油槽溶液配方为：氢氧化钠(30～50)g/L，碳酸钠(30～50)g/L，磷酸三钠(20～30)g/L，硅酸钠(3～5)g/L，操作条件：温度，20～95℃；阳极除油时间，1～5min；电流密度，5～10A/dm²；

所述的步骤三中，酸蚀时的溶液配方：40％氢氟酸100ml/L，69％硝酸100ml/L，操作条件：室温下浸泡时间：60～90s；