基于暴露晶面调控制备高抗菌活性氧化锌及其应用研究

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1、国内图书分类号：TB34密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文基于暴露晶面调控制备高抗菌活性氧化锌及其应用研究年级二〇一五级姓名李丹申请学位级别工学硕士专业材料科学与工程指导老师周祚万教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:TB34U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisPREPARATIONOFHIGHANTIBACTERIALACTIVITYZNOCRYSTALBYCONTROLLINGFACETSEXPOSUREAN

2、DITSAPPLICATIONGrade:Postgraduate2015Candidate:DanLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MaterialsScienceandEngineeringSupervisor:ProfessorZuowanZhouMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要纳米氧化锌(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

3、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

4、。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{21̅1̅0}晶面族的片层聚集花状ZnO；优势暴露{101̅1}锥面族和{101̅0}侧面族，且存在一些(0001)晶面的海胆状ZnO；主要暴露{101̅0}侧面族和一些(0001)晶面的六棱柱状ZnO。2.采用抗菌率(GB/T21510-2008)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

5、层聚集花状ZnO浓度为0.5g/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800mg/L)和六棱柱状ZnO(对E.coli和S.aureus的MIC值均大于1000mg/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300mg/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

6、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西南交通大学硕士研究生学位论文第II页抗菌复合材料。当片层聚集花状ZnO抗菌剂的添加量为0.5wt

7、%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。关键词：低维氧化锌；暴露晶面；催化抗菌活性；晶面调控；性能提升；复合材料西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractNanosizedzincoxide(ZnO)displaysantibacterialactivity.However,itsperformanceisseverelyhinderedbytheagglomerationa

8、ndinstabilityofthenanostructureduringprocessingandapplication.Low-dimensionalZnOatmicro/nano-scalepossessesspecificmorphologiesanddifferentexposedcrystalfacets,andthesub-micronZnOcrystalwithhighlyactiveexpose