铜（Cu）和Cu-30Ni合金作为高接触表面的抗病毒材料：在频繁清洁的模拟公共环境中的有效性

《Advanced Materials Interfaces》：Cu and Cu-30Ni Alloy as Anti-Viral Materials for High-Touch Surfaces: Efficacy in a Simulated Public Environment with Frequent Cleaning Practices

铜及Cu-30Ni合金在消毒剂处理下的抗病毒性能与腐蚀行为研究。摘要：通过电化学、XPS/XRD等分析发现，纯铜经次氯酸钠消毒后病毒灭活时间最短（25分钟），但表面腐蚀严重；Cu-30Ni合金抗腐蚀性强，表面氧化层更稳定，但病毒灭活需更长时间（80分钟）。次氯酸钠导致厚氯氧化物层，离子释放量大；戊二醛腐蚀轻微，形成稳定氧化物膜。研究揭示了抗病毒性能与表面耐久性的权衡关系。

　　这项研究探讨了铜和铜镍合金（Cu-30Ni）在日常清洁过程中是否能够保持其抗病毒效果。铜表面的抗病毒特性主要归因于其能够释放出可溶性铜离子，如Cu?，这些离子通过电化学腐蚀过程进入周围环境，进而对病毒产生灭活作用。研究还分析了不同消毒剂（如戊二醛和次氯酸钠）对铜和铜镍合金表面的影响，特别是在人工汗液环境中的表现。结果表明，铜在30分钟和60分钟内对病毒的灭活率达到50%，而铜镍合金在70分钟和80分钟才达到相同的灭活率。这说明虽然铜镍合金在抗腐蚀和保持表面光洁方面表现更优，但其抗病毒效果却相对较慢。此外，研究还发现，铜和铜镍合金在不同消毒剂溶液中会形成不同的腐蚀产物，其中铜的腐蚀产物主要为Cu?O，而铜镍合金则包含更多的CuO和Cu(OH)?。

在实验设计方面，研究采用了一系列综合方法，包括病毒灭活测试、质量损失实验、电化学测试以及X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等分析手段。这些方法共同评估了铜和铜镍合金在不同环境下的腐蚀行为及其对病毒灭活效果的影响。通过病毒灭活实验，研究人员发现铜在经过戊二醛或次氯酸钠清洁后，其灭活速度显著加快，50%的病毒灭活时间分别缩短至30分钟和25分钟。相比之下，铜镍合金在相同的消毒条件下，其灭活时间更长，表明其在抗病毒性能上受到一定影响。

质量损失实验进一步揭示了不同消毒剂对铜和铜镍合金腐蚀程度的影响。结果显示，铜在次氯酸钠溶液中的腐蚀程度远高于戊二醛溶液，而铜镍合金在次氯酸钠溶液中的腐蚀速率显著低于纯铜。这种差异可能与两种消毒剂的化学性质和对铜表面氧化物的形成方式有关。次氯酸钠溶液中的铜腐蚀产物更厚且含有更多的氯化物，而戊二醛溶液中的铜腐蚀产物则较薄，主要由Cu?O和Cu(OH)?组成。这些不同的腐蚀产物不仅影响了铜离子的释放效率，还间接影响了抗病毒效果。

电化学测试，如开路电位（OCP）和电化学阻抗谱（EIS），进一步验证了不同条件下的腐蚀行为。结果表明，铜在次氯酸钠溶液中表现出较高的腐蚀活性，而铜镍合金则表现出更好的抗腐蚀能力。这种差异与铜镍合金的氧化层稳定性有关，其氧化层能够有效减缓铜离子的释放，从而影响病毒灭活的速度。此外，通过电荷还原（CR）实验，研究人员能够计算出氧化层的厚度，并发现铜镍合金的氧化层在不同时间点表现出不同的组成和特性。

XPS和XRD分析进一步揭示了铜和铜镍合金在不同消毒剂溶液中形成的腐蚀产物的具体成分。这些分析显示，次氯酸钠溶液中形成了含有氯的铜氧化物，如Cu?O?Cl和CuCl，而戊二醛溶液中则形成了以Cu?O和Cu(OH)?为主的氧化层。这些不同的氧化层结构不仅影响了铜离子的释放速度，还可能对病毒灭活的机制产生影响。例如，铜氧化物在特定pH条件下能够生成活性氧物种，从而增强其抗病毒能力。

研究还指出，铜和铜镍合金在日常清洁过程中可能面临一定的挑战。虽然铜镍合金在抗腐蚀和保持表面光洁方面具有优势，但其氧化层的稳定性可能会导致铜离子释放的延迟，从而影响病毒灭活的效果。相反，纯铜在次氯酸钠清洁后虽然可能形成较厚的氧化层，但其释放的铜离子更迅速，从而在短时间内达到较高的病毒灭活率。这种权衡关系表明，在选择用于高接触表面的材料时，需要在抗病毒效果和表面美观之间做出适当的平衡。

此外，研究还探讨了不同消毒剂对铜和铜镍合金表面化学性质的影响。次氯酸钠作为一种强氧化剂，其高pH值环境有助于形成稳定的铜氧化物，而戊二醛则在较低pH条件下促进了铜离子的释放。这两种消毒剂在病毒灭活中的作用机制不同，前者可能通过生成活性氧物种来发挥作用，而后者则可能通过直接释放铜离子和促进蛋白质交联来实现灭活效果。这些不同的机制为理解铜材料在不同环境下的抗病毒能力提供了重要的视角。

总体而言，这项研究揭示了铜和铜镍合金在抗病毒性能上的差异及其在不同消毒剂作用下的表现。铜在次氯酸钠清洁后表现出更快的病毒灭活速度，而铜镍合金则在保持表面光洁和减少腐蚀方面更具优势。这些发现对于在公共场所推广使用铜合金材料具有重要意义，尤其是在需要兼顾抗病毒效果和长期美观性的场景中。未来的研究可以进一步探索不同合金成分对铜离子释放和抗病毒性能的影响，以及如何通过优化材料设计来实现更好的平衡。