Science Technology
近日，王福会教授团队徐大可教授课题组和大连理工大学卢一平教授等在兼具力学-抗菌-抗病毒-抗微生物腐蚀的高熵合金研发设计上取得重要进展，研究成果以“A Novel Cu and Ag Bearing High-Entropy Alloy with Remarkable Antibacterial, Antiviral and Anti-microbial Corrosion Performances”为题发表在Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.202419467）。论文第一作者为周恩泽副教授，通讯作者为徐大可教授和大连理工大学卢一平教授。
细菌和病毒在金属材料表面的黏附容易导致食品污染和病毒感染，腐蚀性生物被膜的形成还会加速海工用钢、输油管道等合金材料的微生物腐蚀。微生物腐蚀也是当前材料领域亟需解决的难题之一，全球因微生物腐蚀造成的经济损失约占总腐蚀损失的20%，因此从合金材料角度研发自身具有抗菌抗病毒耐微生物腐蚀能力的新型合金材料就显得尤为关键。到目前为止，人们已成功开发了系列抗菌不锈钢材料，但对于不锈钢材料而言，在保持材料的耐腐蚀性和机械性能的同时达到良好的抗菌效果，所能添加的铜最大含量通常不超过5wt%，难以发挥合金成分中各元素的优良特性，使抗菌合金材料的发展受到一定限制。为应对这一挑战，开发多主元的高熵合金被确定为提高合金材料抗菌抗病毒及耐微生物腐蚀能力的有效策略。
图1 高熵合金的制备（a）、组织结构（b）、拉伸应力-应变曲线（c）、力学性能测试结果（d）及维氏硬度（e）
本工作设计了两种新型高熵合金，CoCrCu0.3FeNiAg（1.8 wt.%）（Cu-AgHEA）和CoCrFeNiAg0.6（AgHEA），其屈服强度、硬度和延伸率相差不大，均优于仅含铜的CoCrCuFeNi高熵合金（CuHEA）。其中，Cu-AgHEA的屈服强度约为400 MPa，比CuHEA高1.3倍，比304不锈钢高1.9倍。Cu-AgHEA由于Cu和Ag离子的协同释放，产生了更高浓度的活性氧，加速了细菌细胞损伤，其对海洋细菌的抗菌效果远优于AgHEA，抗菌率可达99.9%。Cu-AgHEA的耐腐蚀和耐微生物腐蚀性能也远优于CuHEA，有菌浸泡7天后，腐蚀电流密度分别为0.7 μA cm−2（Cu-AgHEA）和1.8 μA cm−2（CuHEA）。此外，Cu-AgHEA具有显著的抗病毒特性，24小时共培养后，Cu-AgHEA表面可杀死约99%的新冠肺炎病毒（SARS-CoV-2），使其不具有传染性。上述研究结果为推进结构功能一体化的新型合金材料设计提供了新的思路，具有广泛的潜在应用前景。
图2 高熵合金与微生物共培养后ROS产量（a）及对新冠肺炎病毒抗性（b）
以上工作获得了国家杰出青年科学基金、中国宝武低碳冶金创新基金、中国科学技术协会青年人才托举工程、国家自然科学基金青年项目和国家重点研发计划的支持。
来源 | 腐蚀与防护中心
编辑 | 刘健清
校对 | 费恩钰
审核 | 董磊
