[发明专利]一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层及其制备和应用

说明书

本发明属于复合金属镀层领域，具体涉及一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层的制备及其应用。抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层是在恒电流沉积条件下，利用碱性沉积液中复合辣椒素，获得表面具有孔隙的锌阵列，之后，在氮气环境下干燥后，在空气中锌阵列表面自然形成ZnO纳米针，形成辣椒素复合的ZnO/Zn镀层。本发明中的辣椒素复合ZnO/Zn镀层表面可形成针状ZnO，抗菌、耐蚀性能良好，适用于受到生物活性侵害的水环境或海洋环境中的钢结构防护，具有良好的污损防护应用价值。

技术领域

本发明属于电化学镀层领域，具体涉及一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层及其制备和应用。

背景技术

海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，不仅海水本身是一种强电解质，而且其非常高的生物活性也严重危害着人类海洋活动。海洋环境中存在着大量的人造钢铁设施，其中许多关键部位如船舶螺旋桨、海底钢缆等，由于其服役环境特殊，常采用金属镀层进行防护，而锌基镀层由于其自腐蚀电位负、屏障作用好而被广泛应用。然而，尽管锌基镀层能为化学与电化学腐蚀提供良好防护，但是却仍然饱受微生物腐蚀与生物污损的侵害。

有研究表明，将抗菌剂复合入金属镀层材料中能获得抗菌特性，但前人所用的抗菌剂以防污剂为主，虽然半衰期较短，但对于环境仍有一定危害，不能从根本上获得环境友好、无毒、无污染的微生物腐蚀与污损防护技术。

发明内容

针对上述锌镀层在钢铁防护中遇到的微生物腐蚀与生物污损问题及目前技术的环境污染问题，本发明目的在于提供一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案为：

一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层的制备方法，在碱性锌镀液中添加辣椒素，通过恒电流法获得锌阵列；而后在N₂干燥后，在空气中自然形成针状ZnO表面。

所述碱性锌镀液体系为：14～18g/L NaOH、1.9～2.2g/L ZnO，溶于1L蒸馏水中；所述辣椒素的添加量为0.2～1.0g/L。

所述辣椒素的添加量为0.6g/L。

所述恒电流法的阴极为碳钢基底，阳极为纯锌片，电流密度为15～25mAcm^-2。

所述N₂干燥时间为10min以上，保证水分不参与空气中Zn的氧化反应。

一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层，按所述的方法制备获得纳米针状辣椒素复合ZnO/Zn镀层。

一种抗菌耐蚀的辣椒素复合ZnO/Zn镀层的应用，所述复合镀层在生物活性环境中的抗菌或腐蚀防护中的应用。

所述复合镀层在生物活性环境中在作为抗菌层或耐蚀层中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明将辣椒素这种天然抗菌产物作为抗菌添加剂，复合入锌基电镀层中，且在其表面能够自然形成纳米针状ZnO薄膜，使辣椒素的化学抗菌作用与纳米ZnO柱的物理抗菌作用结合，大大增强了复合镀层的耐蚀与抗菌活性。相比于常规的锌镀层，本发明中的辣椒素复合ZnO/Zn电镀层能够复合天然抗菌产物辣椒素，使其获得化学抗菌活性，且同时能够自主在镀层表面形成纳米针状ZnO，进而获得物理抗菌特性，具有优异的耐蚀、杀菌特性。具体在于：

(1)本发明不仅具备普通锌镀层自腐蚀电位负、屏障作用好的优点，还具有绿色无毒、环境友好的耐微生物腐蚀与防生物污损效果，具有多功能性。

(2)本发明利用辣椒素作为镀液添加剂用于控制镀层表面结构与形貌，使其不同于其他锌基镀层，能够在空气环境下表面自发形成ZnO纳米针，达到物理抗菌的作用。