[发明专利]一种近、中红外等离激元共振纳米材料、制备方法及其在抗菌抑霉方面的应用

摘要

一种近、中红外等离激元共振纳米材料、制备方法及其在抗菌抑霉方面的应用，属于纳米材料与应用技术领域。具体涉及铝掺杂氧化锌、锡掺杂氧化铟、镓掺杂氧化锌、铟掺杂氧化镉、铟掺杂氧化锌、锑掺杂氧化锡、氟掺杂氧化锡、氧化镓等纳米粒子。本发明利用量子效应、小尺寸效应和纳米材料特殊结构，在纳米粒子表面形成近、中红外等离激元共振现象，利用近、中红外光能量的等离激元共振能量的转化进而有效消解有机质微生物。在太阳光(或环境光)的照射下，这些材料表面产生等离激元共振吸收，其所产生的能量与细菌表面的蛋白质作用从而杀死细菌。同时，这类纳米材料具有极大的比表面积，使其更易与细菌表面发生大面积接触，也有利于对细菌的消解。

主权项

1.一种AZO、ITO、GZO、ICO、IZO、ATO、FTO或氧化镓等离激元共振纳米材料的制备方法，其步骤如下：(一)纳米粒子制备方法1，水热合成法，其步骤如下，(1)称取0.3～0.5mol的可溶性锌源、可溶性铟源、可溶性镉源或可溶性锡源，摩尔用量为可溶性锌源、可溶性铟源、可溶性镉源或可溶性锡源1～5％的可溶性铝源、可溶性锡源、可溶性铟源、可溶性氟源、可溶性镓源或可溶性锑源，混合后加入到3～5L乙二醇或乙醇中溶解，形成溶液A；(2)称取0.6～0.8mol的NaOH固体，溶于1～2L去离子水中，得到NaOH水溶液；(3)将步骤(2)得到的NaOH水溶液加入到步骤(1)得到的溶液A中，混匀，在这一过程能明显观察到溶液中出现氢氧化锌白色沉淀；(4)将步骤(3)得到的混合溶液在150～180℃条件下水热反应5～30小时；(5)将步骤(4)得到的反应液冷却至室温，离心后所得沉淀用乙醇、去离子水依次清洗3～5次，然后在70～90℃条件下干燥20～30小时，从而得到铝摩尔掺杂量为1～5％的AZO、ITO、GZO、ICO、IZO、ATO、FTO或氧化镓纳米粒子粉体25～40g，粒子直径范围为10～150nm；方法2，高温焙烧法，如下：(1)称取0.3～0.5mol的可溶性锌源、可溶性铟源、可溶性镉源或可溶性锡源，摩尔用量为可溶性锌源、可溶性铟源、可溶性镉源或可溶性锡源1～5％的可溶性铝源、可溶性锡源、可溶性铟源、可溶性氟源、可溶性镓源或可溶性锑源，加入到5～7L去离子水中，搅拌5～6小时；(2)将步骤(1)得到反应产物过滤，过滤产物用乙醇、去离子水依次清洗3～5次，烘干后研磨5～10分钟；(3)将步骤(2)得到的研磨产物于空气、850～950℃条件下煅烧2～10小时，产物随炉冷却至室温，从而得到铝摩尔掺杂量为1～5％的AZO、ITO、GZO、ICO、IZO、ATO、FTO或氧化镓纳米粒子粉体25～40g，粒子直径范围为15～150nm；(二)浆料的制备将丙烯酸丁酯50～70g、甲基丙烯酸甲酯30～40g、丙烯酸4～6g、水80～120g、氨水30～50mL混合之后制得混合单体；将十二烷基硫酸钠2～4g及碳酸氢钠1～3g混合，搅拌并升温至50～70℃，加入用4～8mL水预溶解的过硫酸钠0.3～0.5g，快速搅拌并升温至75～90℃，反应0.5～1h，得到乳化混合剂；向该乳化混合剂中均匀滴加上述混合单体25～40g，1～3h滴加完毕后保温0.5～1h，随后升温至80～100℃，保温0.5～1h后自然冷却至室温，用氨水调pH值至8～9，制得纯丙乳液200～310mL，即浆料；或者，将水、润湿流平剂、消泡剂、pH调节剂混合，搅拌均匀得到混合液；该混合液总质量为200～300g，其中润湿流平剂的质量分数为0.1～0.7％，消泡剂的质量分数为0.05～0.1％，分散剂的质量分数为0.06～0.1％，pH调节剂的质量分数为0.03～0.1％，其余为水；将该混合液在砂磨机中进行高速砂磨，直到细度达到20～50μm，即得浆料200～400mL；(三)涂料的制备向上述步骤(二)所制备的浆料中加入250～260g的水，分散剂5～8g，乳化剂1～3g，磷酸三丁酯1～5g，羟乙基纤维素130～160g，滑石粉10～20g，云母粉20～30g，以及步骤(一)制得的AZO、ITO、GZO、ICO、IZO、ATO、FTO或氧化镓纳米粒子粉体25～40g，研磨使其分散均匀，制得铝掺杂氧化锌等离激元共振纳米材料；或者，使用慢速分散机向上述步骤(二)所制备的浆料中依次缓慢加入乳化剂、羟乙基纤维素、增稠剂、消泡剂，以及步骤(一)制得的AZO、ITO、GZO、ICO、IZO、ATO、FTO或氧化镓纳米粒子粉体25～40g，得到混合涂料；在该混合涂料中，乳化剂的质量分数为0.03～0.5％，羟乙基纤维素的质量分数为0.3～0.5％，增稠剂的质量分数为0.02～0.5％，消泡剂的质量分数为0.15～0.5％，然后进行低速分散，分散0.5～3h后，制得AZO、ITO、GZO、ICO、IZO、ATO、FTO或氧化镓等离激元共振纳米材料；其中，AZO为铝掺杂氧化锌、ITO为锡掺杂氧化铟、GZO为镓掺杂氧化锌、ICO为铟掺杂氧化镉、IZO为铟掺杂氧化锌、ATO为锑掺杂氧化锡、FTO为氟掺杂氧化锡。