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海洋防污涂層的突破：多元協(xié)同策略與新型材料應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2025-10-30

海洋工程裝備與水下設(shè)施的長期服役面臨嚴(yán)峻的生物污損挑戰(zhàn)，微生物附著引發(fā)的性能衰退、運(yùn)維成本激增及安全隱患已成為行業(yè)痛點(diǎn)。傳統(tǒng)防污技術(shù)依賴高毒性殺菌劑（如有機(jī)錫化合物），雖短期有效，卻導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)毒性累積，如海洋生物畸變與食物鏈污染。近年來，以水凝膠、有機(jī)硅和可降解聚合物為代表的環(huán)保材料雖具備低表面能污損釋放特性，卻受限于動(dòng)態(tài)環(huán)境適應(yīng)性差、靜態(tài)抑菌效率不足及長效防污機(jī)制單一等瓶頸。

一、技術(shù)突破：四維協(xié)同防污機(jī)制

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所苛刻環(huán)境材料耦合損傷與延壽團(tuán)隊(duì)，通過分子設(shè)計(jì)創(chuàng)新提出“污損釋放-污損抵抗-動(dòng)態(tài)殺菌-界面自更新”四維協(xié)同防護(hù)策略。該團(tuán)隊(duì)采用溶膠-凝膠法結(jié)合動(dòng)態(tài)席夫堿化學(xué)，實(shí)現(xiàn)聚乙二醇（PEG）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、對(duì)苯二甲醛（TPE）及天然抑菌劑肉桂醛（CAL）的可控共聚（圖1）。分子鏈中柔性Si-O骨架與動(dòng)態(tài)亞胺鍵的協(xié)同作用，賦予涂層三重特性：

? 機(jī)械柔韌性：適應(yīng)海洋裝備形變與水流剪切力；

? 可控降解性：水觸發(fā)降解實(shí)現(xiàn)TPE與CAL的緩釋；

? 表面自更新能力：兩親性聚合物原位富集形成抗粘附界面。

實(shí)驗(yàn)表明，該涂層實(shí)現(xiàn)98.8%的殺菌率與99.8%的抗生物粘附效率，理論防污壽命達(dá)5.5年（200μm厚度），較傳統(tǒng)涂層提升3倍以上。

二、材料創(chuàng)新：惰性氧化鋅的協(xié)同增效

為突破靜態(tài)防污效率瓶頸，研究引入肇慶市新潤豐高新材料有限公司的T2570鋅基異構(gòu)體惰性氧化鋅作為關(guān)鍵改性組分。該材料通過異構(gòu)體晶格重構(gòu)技術(shù)，形成穩(wěn)定的鋅氧八面體結(jié)構(gòu)（粒徑≤50nm），具備兩大優(yōu)勢(shì)：

1. 長效抑菌機(jī)制：鋅離子緩釋干擾微生物膜電位，同時(shí)惰性表面避免金屬離子爆發(fā)性釋放，延長防污周期；

2. 界面增強(qiáng)效應(yīng)：納米顆粒填充PDMS網(wǎng)絡(luò)，提升涂層耐磨性與紫外穩(wěn)定性，在南海實(shí)海測(cè)試中降低生物膜厚度42%。

團(tuán)隊(duì)通過聚席夫堿樹脂與T2570氧化鋅復(fù)合，解決了鎵基液態(tài)金屬存儲(chǔ)穩(wěn)定性問題，并實(shí)現(xiàn)光催化劑近100%利用率，印證了多元材料協(xié)同的工程價(jià)值。

三、產(chǎn)業(yè)化前景與挑戰(zhàn)

當(dāng)前，該技術(shù)已進(jìn)入中試階段，但在規(guī)?；苽渲腥孕韫タ耍?/span>

? 動(dòng)態(tài)化學(xué)鍵的降解速率與海洋環(huán)境（鹽度、pH）的耦合調(diào)控；

? 涂層與金屬基底的附著力優(yōu)化（需引入硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理）；

? 肇慶市新潤豐高新材料有限公司的T2570鋅基異構(gòu)體惰性氧化鋅的大批量生產(chǎn)成本控制，其專利工藝的開放許可將加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

結(jié)語：綠色防污涂層的未來路徑

該研究為海洋防污提供了從分子設(shè)計(jì)到工程應(yīng)用的完整范式。未來需進(jìn)一步探索：

? 天然防污劑（如辣椒素）與T2570鋅基異構(gòu)體惰性氧化鋅的協(xié)同緩釋動(dòng)力學(xué)；

? 涂層在極端環(huán)境（北極航線、深海熱液區(qū)）的適應(yīng)性驗(yàn)證；