浙江大學(xué)詹曉力、張慶華研究團(tuán)隊長期致力與抗粘附自清潔材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，最近在浙江省重大科技專項《環(huán)保型低表面能有機(jī)氟硅防除海洋生物污損涂料樹脂》支持下，在防除海洋生物污損涂層領(lǐng)域取得進(jìn)展，他們巧妙地將環(huán)保型抗菌劑修飾到含氟聚合物上，并引入具有反應(yīng)活性的聚脲醛（poly（urea-formaldehyde），PUF）彈性納米粒子，經(jīng)過異氰酸酯交聯(lián)后得到一種具有微/納復(fù)合結(jié)構(gòu)的超疏水抗菌涂層（Journal of Materials Chemistry A. 2017, 5, 275-284）。

    該涂層的水接觸角可達(dá)160°以上，滾動角低于2°，表現(xiàn)出極佳的自清潔性和疏液性，兼具低附著力和殺菌的性能，對大腸桿菌（E.coli）和金黃色葡萄球菌（S. aureus）的殺菌率可達(dá)99%，可抑制微生物在上面附著和生長，在醫(yī)療器械、海洋防污領(lǐng)域等具有廣泛的應(yīng)用前景。

    圖一：所制備多功能抗污涂層的自清潔性能（左上）、抗菌性能（左下）、疏液性和基材多樣性（右）

    除此之外，課題組還開發(fā)出一種簡單、高效制備仿豬籠草超光滑SLIPS自清潔涂層的方法。他們采用一步溶膠？凝膠法，將正硅酸四乙酯、甲基三乙氧基硅烷以及辛基三乙氧基硅烷水解縮合制備納米結(jié)構(gòu)的雜合基材，經(jīng)灌注一種硅油后制備出仿豬籠草的超光滑表面（Applied Materials& Interfaces. 2016, 8（50）： 34810-34819）。

    這種由硅油所形成的液膜覆蓋的理想光滑表面具有極為優(yōu)異的抗粘附和自清潔功能，內(nèi)交聯(lián)的網(wǎng)狀基材以及納米尺度的粗糙結(jié)構(gòu)所形成的毛細(xì)作用力增強(qiáng)了硅油在基材中的穩(wěn)定性，在強(qiáng)剪切力、高溫蒸發(fā)以及長期水流沖刷下可保持長效的超光滑性能。

    其特殊的動態(tài)液體界面層具有優(yōu)異的抗生物粘附性能和污損釋放性能，相對于普通表面而言，表面生物膜覆蓋率極低（<1%），表面細(xì)菌粘附量下降2個數(shù)量級，在強(qiáng)化的穩(wěn)定性評價實驗中仍能夠保持優(yōu)異的抗蛋白與細(xì)菌的粘附性能，研究成果為SLIPS材料的海洋防污等領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用提供了依據(jù)。

    圖二：超光滑SLIPS表面的構(gòu)建（左上）和抗蛋白與細(xì)菌粘附性能（右上）

    課題組在多功能防除海洋生物污損涂層領(lǐng)域所取得的研究成果已通過海洋掛板測試，所研發(fā)的低表面能抗污涂層于2016年4月至11月（海洋生物生長旺季），在我國東海舟山海域的浮筏上進(jìn)行了半年以上應(yīng)用性評價，相對于現(xiàn)有氧化亞銅類海洋防污涂料而言，新開發(fā)的多功能海洋防污涂層在防除海洋生物污損效果與穩(wěn)定性方面均表現(xiàn)出更為優(yōu)異的性能。該系列成果有望替代現(xiàn)有重金屬類和自拋光類海洋防污涂料應(yīng)用于海洋船舶和軍艦上，在解決海洋生物污損的同時不對海洋環(huán)境造成破壞。

    圖三：所制備的抗污涂層在舟山海域掛板半年的防污效果（左）和現(xiàn)場取樣照片（右）

    上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（21676248，21476195）、浙江省自然科學(xué)基金（No.Y14B060038）和浙江省重大科技專項（No.2014C13SAA10006）的資助。

    背景信息：

    海洋生物污損（Marine biofouling ）是指海洋中大型和小型生物在人造表面不斷富集的過程，是影響海事運(yùn)輸與通訊設(shè)施、沿海電廠的一個世界性難題。它對輪船、熱交換器、海上鉆井和碼頭、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及其他的水下建筑管道都會產(chǎn)生破環(huán)作用。以輪船為例，海洋生物污損會造成高的摩擦阻力，導(dǎo)致燃油消耗、維修費(fèi)用和溫室氣體排放量的增加，燃油消耗的增加量可達(dá)到40%，而航行總費(fèi)用的增加量可高達(dá)77%。一直以來解決海洋生物污損的方法主要依靠重金屬離子的毒殺作用，由此也造成了嚴(yán)重的海洋環(huán)境的污染。近年來，隨著人們對固體表面浸潤機(jī)理的研究和發(fā)現(xiàn)，具有超浸潤性能的界面材料，比如超親水材料、超疏水材料、超光滑SLIPS材料等獲得了快速發(fā)展，也為防除海洋污損提供了新的解決思路。