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含银抗菌毒钢铁材料以科技力量守护健康
信息来源:世界金属导报2020-12-29B01      时间:2020-12-29 15:59:50


1概述

量大面广的钢铁材料在生活中的方方面面均有应用,在休闲娱乐、餐饮厨卫、医院、学校及其他公共设施等多个领域随处可见,很多情况下与人体直接接触,细菌、病毒、真菌等微生物很容易侵入人体,给人们的身体健康甚至生命安全带来隐患。随着人们对健康和卫生重视程度的不断提高,抗菌材料也应运而生。上海大学董瀚教授领衔的高性能钢铁材料团队一直致力于抗菌毒钢铁材料的研发,最近通过多形合金化理念,形成了“抗菌毒钢铁材料技术”,开发出含银抗菌毒钢铁材料。

微生物种类繁多,大多无法直接用肉眼看见。大部分微生物对人体无害,如肠道菌群、青霉素等;少许微生物能够严重影响人民的生命健康,如大肠杆菌容易致使胃肠道感染或尿道等多种局部组织器官感染,金黄色葡萄球菌感染人体后容易产生肠毒素,引起食物中毒等;流感病毒以感染者咳嗽和喷嚏作为媒介,容易在人群密集的环境中发生感染,如H1N1流感病毒、SARS冠状病毒和如今正在肆虐的新冠病毒等。病毒和细菌可留存在餐具、厨具、电话机或其他公共设施的表面,人们通过呼吸、人体接触来传播。如接触带有甲型H1N1流感病毒的物品,而后又触碰自己的鼻子和口腔,也会受到感染。无论是细菌,还是病毒和真菌,都是依靠一定的媒介作为传播途径感染群体的。

因此,含银抗菌毒钢铁材料开发,将会为人民生命健康持久保驾护航,更好地服务于民生。

2银离子的克菌毒原理

许多金属元素具备强弱不同的抗菌效果。抗菌性方面:Hg>Ag>Cd>Cu>Zn>Fe>Ni;对人体的安全性方面:Ag>Co>Ni>Al>Zn>Cu=Fe>Mn>Sn>Ba>Mg>Ca;可以看出,Ag在安全性和抗菌性方面有绝对的优势。在抗菌性能方面Ag3 >Ag2 >>Ag >Cu2 ,其中Ag 的抗菌活性是Cu2 的100倍。

银具有消毒杀菌、防治感染、净化水质、防腐保鲜等多种功效,从古至今常常被用于制造成各种高档器皿、首饰等产品。银克菌毒的原理如图1所示,包括以下几方面:1)银离子化学性质活泼,当带负电荷的细菌和病毒与带正电的银离子接触时,抑制细菌呼吸或破坏病毒结构;2)抗菌毒材料表面游离的银离子直接穿透细菌或病毒,与其蛋白和酶中的氨基、巯基等反应,造成细菌或病毒失活;3)光催化作用下,银离子催化激活空气和水中的氧,产生羟基(OH-)和活性氧离子(O2-),强氧化的活性氧破坏微生物细胞中的DNA复制,使细胞代谢紊乱而死亡。

3含银抗菌毒钢铁材料的开发与应用

金属元素的原子尺寸、电负性、外层电子等因素决定了其在铁晶体中的存在状态,同时影响着钢铁材料的不同特性。含银抗菌毒钢铁材料由宝钢德盛不锈钢有限公司、上海大学、常熟市长江不锈钢材料有限公司、江苏新华合金有限公司等多家单位联合开发,采用银多形合金化技术创新(见图2),共同开发了抗菌毒的奥氏体不锈钢(A304L等)、马氏体不锈钢(751M)、灰铸铁(HT150M)等钢铁材料,并形成了相关抗菌毒钢材生产技术,控制合金收得率,从而控制成本。同时在含银抗菌毒钢铁材料中添加少量富余的镧 (La)、铈(Ce)稀土(RE),进一步提高材料性能。稀土合金化具有多重作用:1)能够改性夹杂物,在界面赋存降低界面能,提高耐蚀性;2)La、Ce稀土元素本身比较活泼,具备一定的抗菌毒活性,可以与抗菌毒物质(Ag等)产生协同效应,提高抗菌毒材料性能。采用多形合金化生产的含银抗菌毒钢铁材料具备优异的力学性能,如表1所示,能够保证多种制品的加工工艺要求。经过英格尔检测技术服务(上海)有限公司和广东省微生物分析检测中心检测发现,董瀚教授牵头的高性能钢铁材料团队研发的抗菌毒钢铁材料具备优异的抗菌毒特性,抗菌率整体大于99.9%,抗病毒率达到77%-99.9%(见表2)。由此可见,多形合金化技术能够赋予钢铁材料优异抗菌毒的特性,有效杀灭细菌和病毒,防护公共卫生安全。

新开发的含银抗菌毒钢铁材料可以用于餐具、厨卫、学校、医院以及其他公共设施等领域,减少细菌、病毒的传播和感染,防护人民生命健康安全,满足人们对美好生活日益增长的需求,见图3。

董瀚教授团队所研发的含银抗菌毒钢铁材料已在餐具、不锈钢字体、不锈钢托架、刀具、锅具等多个领域使用,并且相关产品已批量化生产,受到广大用户的一致好评。除此之外,团队研发的含银抗菌毒钢铁材料还可以在多个领域推广应用,全面防护和提高公共卫生安全。

4民生钢铁材料的发展

人民生命健康安全就是集结号,防控就是使命担当。高性能钢铁材料团队在面向人民生命健康方面一直致力于民生钢铁的发展。2019年第十届

环太平洋先进材料与工艺国际会议(PRICM10)举办了首届“民生与钢铁专题论坛”,来自钢铁研究总院、中科院金属所、上海交大、北科大、青拓集团研究院、飞亚达、河北龙凤山铸业、上海双立人亨克斯公司、西安粤珍轩餐饮公司等“产学研用”近百家单位的专家学者、企业人员汇聚一堂,交流相关“民生与钢铁”产品。2019年第21届深交会受科技部邀请,展示了相关民生钢铁产品。2020年SHMat2020春季会议大会报告介绍了民生钢铁材料的发展。同时,在合金钢200周年纪念的《金属学报》合金钢专刊(2020 年第 4期)和《上海金属》专辑(2020年12 月出版)中均对抗菌毒钢铁材料作了专题介绍。 (彭伟)

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