一种Au/Ga2O3/AuGa2多相复合材料及其制备方法与应用与流程

一种au/ga2o3/auga2多相复合材料及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明涉及一种au/ga2o3/auga2多相复合材料及其制备方法与应用，属于液态金属成型技术领域。


背景技术：

2.迄今为止，感染性疾病仍然是人类社会的一大挑战，抗菌材料能够降低细菌的交叉感染以及不易产生耐药性，尤其是无机抗菌材料由于耐热性高、使用方便、化学稳定性好、抗菌谱广、有效性长和不产生耐药性等诸多优点，备受研究者的重视，发展迅速。
3.目前广泛研究的无机抗菌材料主要有金属ag、cu、zn、ti和一些稀有金属元素及其氧化物。有研究表明，ga(no3)3可以有效抑制绿脓杆菌的生长，阻碍生长膜的形成，并具有杀菌活性。氧化镓属于透明金属氧化物半导体，具有化学、光热、电子、气敏、光学和光催化特性，在多种领域具有潜在的应用。马超采用水热法制备了纳米氧化镓，并对其进行表征，实验表明氧化镓(ga2o3)对于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌具有很好的抗菌性[参见：马超.无机镓化合物抗菌性能研究[d].西南交通大学.2015.]。但是氧化镓的抗菌性能较低，还需要进一步的提高。
[0004]
镓是一种低熔点金属，低熔点金属/合金是指熔点在300℃以下，一般为30～200℃的金属及其合金，低熔点金属包括铋、锡、铅、铟、镓、铷和铯等。由于这类金属的熔点低，加热后容易转变为流体形式，因此也称为液态金属，液态金属由于具有熔点低、导电性强、流动性强等特性，在医疗、电子等领域中已经得到了广泛的应用。而其中的液态金属镓具有低毒性和高化学稳定性，并且由于其优异的导热性、导电性、可调流动性/流变性、可控制表面化学和与各种材料的相容性，可以与其他材料复合，提高其性能。液态金属纳米材料表面的自限制氧化皮的重组或功能化也可以更好地控制合金的性能。液态金属具有与au、ag、al等大多数金属天然合金的能力，可以通过形成多金属、多相和纳米结构的粒子进一步拓宽液态金属纳米材料的性能。
[0005]
因此，开发一种制备高抗菌性能的ga基多相复合材料的简便、环保、低成本的制备方法，具有重要的意义。


技术实现要素：

[0006]
针对现有技术的不足，本发明提供了一种au/ga2o3/auga2多相复合材料及其制备方法与应用。本发明的au/ga2o3/auga2多相复合材料具有显著的抗菌活性，并且本发明的制备方法简单快速、环保、成本低。
[0007]
本发明的技术方案如下：
[0008]
一种au/ga2o3/auga2多相复合材料的制备方法，包括步骤如下：
[0009]
将液态金属镓加入氯金酸溶液中，进行超声处理，之后经离心、干燥，得到au/gaooh/auga2复合材料；之后将所得au/gaooh/auga2复合材料进行退火处理，得到au/ga2o3/auga2多相复合材料。
[0010]
根据本发明优选的，所述的氯金酸溶液的浓度为0.1
‑
1mmol/l，进一步优选为0.4
‑
0.6mmol/l，更优选为0.5mmol/l。
[0011]
根据本发明优选的，所述的液态金属镓与氯金酸中金元素的摩尔比为25
‑
60:1。
[0012]
根据本发明优选的，所述的超声处理的时间为60
‑
150min，超声功率为80w，超声频率为20khz。
[0013]
根据本发明优选的，所述的离心转速为15000
‑
20000r/min，离心时间为10
‑
15min。
[0014]
根据本发明优选的，所述的干燥温度为80
‑
100℃，干燥时间为5
‑
6h。
[0015]
根据本发明优选的，所述的退火处理的温度为500
‑
600℃，退火处理的时间为1.5
‑
3h。
[0016]
本发明还提供了上述方法制备得到的au/ga2o3/auga2多相复合材料。
[0017]
根据本发明，上述au/ga2o3/auga2多相复合材料的应用，用于抗菌；进一步优选的，上述au/ga2o3/auga2多相复合材料用于抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。
[0018]
本发明的技术特点及有益效果如下：
[0019]
1、本发明利用超声和退火技术成功地合成了au/ga2o3/auga2复合纳米棒，所得材料为高孔隙率的多相纳米棒复合材料。抗菌实验表明，au/ga2o3/auga2纳米棒对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌活性，其抑菌效率是ga2o3的1.5倍以上，大大提高了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果。
[0020]
2、本发明的au/ga2o3/auga2多相复合材料的制备方法成本低，制备方法简单快速，可以直接在超声过程中实现ga2o3以及ga合金的合成，本发明的方法需要控制镓金比例，若镓加入量较少得不到auga2合金，不能成功合成au/ga2o3/auga2多相复合材料。本发明的制备方法便捷，为合成氧化镓基化合物提供了一种新的思路；并且本发明的方法普适性高，可以用于其他液态金属氧化物以及液态金属合金的合成。
[0021]
3、本发明的au/ga2o3/auga2多相复合材料的制备方法环境友好，液态金属镓无毒，成本低，通过超声法，合成了具有宽光谱吸收范围的多相材料，方法简便、快速、可靠、环保、无干扰、成本低。
附图说明
[0022]
图1为实施例1制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料的sem图。
[0023]
图2为实施例1制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料的粒径分布图。
[0024]
图3为对实施例1制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料的mapping图。
[0025]
图4为实施例1制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料、au/gaooh/auga2复合材料、对比例1制备的ga2o3材料和gaooh材料的x射线衍射谱图。
[0026]
图5为实施例1制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料和对比例1制备的ga2o3材料的紫外可见吸收光谱图。
[0027]
图6为对比例1制备的ga2o3材料的sem图。
[0028]
图7为对比例1制备的ga2o3材料的粒径分布图。
[0029]
图8为对比例2制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料的sem图。
[0030]
图9为实施例1制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料和对比例1制备的ga2o3材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制效果图。
具体实施方式
[0031]
下面结合具体实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0032]
实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0033]
实施例1
[0034]
一种au/ga2o3/auga2多相复合材料的制备方法，包括步骤如下：
[0035]
将0.1g液态金属镓加入50ml的0.5mmol/l氯金酸溶液中，在功率为80w，频率为20khz条件下超声处理120min，之后将所得反应液在转速为16000r/min的条件下离心10min，将离心所得产物在80℃下干燥5h，得到au/gaooh/auga2复合材料；之后将所得au/gaooh/auga2复合材料在空气氛围下，在500℃下退火处理2h，得到au/ga2o3/auga2多相复合材料。
[0036]
本实施例制备得到的au/ga2o3/auga2多相复合材料的sem图如图1所示，其粒径分布图如图2所示，从图1和图2中可以看出，所得产物的微观形貌为：表面均匀分散有球形au纳米颗粒和球形auga2纳米颗粒的ga2o3纳米棒，其中ga2o3纳米棒的宽为200
‑
250nm，长为400
‑
600nm，球形au纳米颗粒和球形auga2纳米颗粒的平均粒径为40nm。
[0037]
本实施例制备得到的au/ga2o3/auga2多相复合材料的mapping图如图3所示，其xrd谱图如图4所示，从图3中可以看出，产物中存在镓、氧和金元素，所得产物的xrd谱图中包括au、ga2o3以及auga2的特征峰，mapping图中的元素组成与图4的xrd图谱一致，au和ga结合在一起形成auga2，并且所得产物中的ga2o3为α
‑
ga2o3。
[0038]
测试本实施例制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料的紫外可见吸收光谱，光源为150w的xe灯，经单色仪导出光功率为30μw的光，所得紫外可见吸收光谱图如图5所示，其中，230nm处的吸收峰对应于ga2o3的带内跃迁波长，532nm处的吸收峰归因于au的等离激元共振，auga2有一个宽的等离激元峰，为600nm
‑
850nm，au与auga2的存在拓宽了ga2o3的光吸收范围，提高了其性能。
[0039]
实施例2
[0040]
一种au/ga2o3/auga2多相复合材料的制备方法，包括步骤如下：
[0041]
将0.1g液态金属镓加入50ml的1mmol/l氯金酸溶液中，在功率为80w，频率为20khz条件下超声处理120min，之后将所得反应液在转速为16000r/min的条件下离心10min，将离心所得产物在80℃下干燥5h，得到au/gaooh/auga2复合材料；之后将所得au/gaooh/auga2复合材料在空气氛围下，在500℃下退火处理2h，得到au/ga2o3/auga2多相复合材料。
[0042]
对比例1
[0043]
一种ga2o3材料的制备方法，包括步骤如下：
[0044]
将0.1g液态金属镓加入50ml水中，在功率为80w，频率为20khz条件下超声处理120min，之后将所得反应液在转速为16000r/min的条件下离心10min，将离心所得产物在80℃下干燥5h，得到gaooh材料；之后将所得gaooh材料在空气氛围下，在500℃下退火处理2h，得到ga2o3材料。
[0045]
本对比例制备得到的ga2o3材料的sem图如图6所示，其粒径分布图如图7所示。从图6、7中可以看出，ga2o3纳米棒的宽为200
‑
250nm宽，长为400
‑
600nm。
[0046]
本对比例制备的ga2o3材料的紫外可见吸收光谱图如图5所示，从图5中可以看出，
仅在230nm处存在ga2o3的带内跃迁的吸收峰，光谱吸收范围较窄。
[0047]
对比例2
[0048]
一种au/ga2o3/auga2多相复合材料的制备方法如实施例1所述，所不同的是：超声时间为1h。
[0049]
本对比例制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料的sem图如图8所示，从图8中可以看出，所得au纳米颗粒和auga2纳米颗粒较大，粒径不均匀，所得材料的抑菌性能较差。
[0050]
试验例
[0051]
将实施例1以及对比例1制备的材料进行抑菌性能的测试。在808nm光照下，测试实施例1和对比例1制备的材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。
[0052]
测试步骤如下：
[0053]
1、对大肠杆菌的抑菌性能测试
[0054]
对照组
[0055]
(1)将990μl的lb液体培养基在功率为21.6w的条件下超声处理3min，得到a液；
[0056]
(2)取对数生长期(od
600
＝0.5)的大肠杆菌菌液按照体积比为1：100接种于lb液体培养基中，置于37℃摇床中震荡培养8小时，收集菌液，混匀，用lb液体培养基进行梯度稀释，稀释后菌液的浓度为1.0
×
108cfu
·
ml
‑1，得到b液。
[0057]
(3)将990μl a液与10μl b液混合，得到混合液；取96孔板，选取互不相邻的3个孔，每孔加入100μl混合液，使用功率密度为2w/cm2的近红外808nm激光进行照射，3个孔的照射时间分别为0min，10min，20min。
[0058]
(4)照射完成后，每孔加入100μllb液体培养基进行稀释混匀，在lb固体培养基涂布，37℃培养箱培养12小时后，取平板，记菌落数。此实验重复三组。
[0059]
实验组
[0060]
ga2o3处理组
[0061]
(1)在990μl的lb液体培养基中加入2mg对比例制备的ga2o3，将含有ga2o3的lb液体培养基悬液在功率为21.6w的条件下超声处理3min，得到a液；
[0062]
(2)
‑
(4)同对照组。
[0063]
au/ga2o3/auga2处理组
[0064]
(1)在990μl的lb液体培养基中加入2mg实施例制备的au/ga2o3/auga2，将含有au/ga2o3/auga2的lb液体培养基悬液在功率为21.6w的条件下超声处理3min，得到a液；
[0065]
(2)
‑
(4)同对照组。
[0066]
2、对金黄色葡萄球菌的抑菌性能测试
[0067]
具体测试方法如对大肠杆菌的抑菌性能测试方法所述，不同的是将大肠杆菌替换为金黄色葡萄球菌。
[0068]
测试结果如图9所示，从图9中可以看出，本发明制备的au/ga2o3/auga2多相复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌活性，其抑菌效率是ga2o3的2倍以上，大大提高了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果。