而大型生物污損則更為直觀和嚴重。各類大型藻類如海帶、紫菜等以及原生動物如藤壺、牡蠣等，它們通過分泌粘性物質或生物膠直接附著在基體表面。

這些生物在生長過程中會不斷擴張和繁殖，形成一層厚厚的生物層。這層生物層不僅會增加設施的重量和阻力，還會對水流造成阻礙，影響設施的運營效率。更為嚴重的是，大型生物污損還會對設施的結構造成破壞，如藤壺的殼體會對船體造成劃傷，牡蠣的附著會破壞管道的密封性等。

為了應對海洋生物污損的難題，科研人員們一直在不斷探索和研究新的解決方案。

例如，開發具有抗生物附著和自清潔功能的涂層材料，利用生物仿生技術模擬海洋生物表面的抗污損機制，以及利用化學和物理方法破壞生物污損的結構和附著力等。

圖1 有機硅/ZrO₂溶膠雜化海洋防污涂層的制備路線示意圖

此前，中國科學院海洋研究所海洋關鍵材料重點實驗室、海洋環境腐蝕與生物污損重點實驗室段繼周團隊成功研發了結合脲鍵、硫脲鍵與抗菌多酚生物粘合劑單寧酸（TA）的有機硅聚脲硫脲/單寧酸復合防污涂層。

該涂層通過動態多重氫鍵實現自修復，并憑借抗菌TA分子、納米級粗糙度和低表面能特性，展現了出色的抗菌和抗硅藻附著能力。

隨后，團隊進一步開發了含有抗菌小分子硫辛酸-苯并噻唑的有機硅聚脲/氨酯涂層，利用非共價氫鍵和二硫鍵的協同作用，增強了涂層的力學性能和自修復性能，同時實現了環境友好性。

 圖2 雜化涂層的透明性、硬度、耐磨及柔韌性

然而，硅基防污涂層在機械性能與防污性能間尋求平衡仍具挑戰，為了解決這一問題，研究團隊受高強韌“聚合物陶瓷”防污涂層的啟發（J Mater Chem A, 2020, 8, 380−387; Adv Funct Mater, 2021, 31, 2011145; Adv Sci, 2022, 9, e2200268），巧妙地采用多種綠色防污策略協同組合的方式，設計了一種由親水性聚乙二醇和N乙烯基吡咯烷酮單體、疏水性含氟單體、合成的抗菌小分子丙烯酰胺-苯并噻唑共聚而成的接枝抗菌分子的雙親性聚合物，隨后與ZrO₂溶膠及功能性硅烷通過簡便的溶膠-凝膠法制備了表面具有雙親性和抗菌性的硅基硬質雜化涂層。

此涂層結合了剛性氧化鋯結構與柔性長鏈調聚物，實現了高硬度、高耐磨性和柔韌性，同時具有良好的基底附著力。其表面的抗菌雙親性聚合物有效抑制了污損生物附著，展現了優異的自清潔性能和污損阻抗性能。該涂層在光學儀器、可折疊顯示器及海洋設施裝備等領域具有廣闊的應用前景。

 圖3 雜化涂層與基底間的附著力和表面潤濕

該論文第一作者為中科院海洋所博士后孫佳文，通訊作者為中科院海洋所段繼周研究員，湖南農業大學劉超副教授為共同通訊作者。

該研究得到了中科院基礎前沿科學研究計劃（ZDBS-LY-DQC025）、中科院2022年度特別研究助理資助項目、青島市2023年第一批博士后資助項目（QDBSH20230101017）、山東省自然科學青年基金項目（ZR2023QD117），山東省重點研發計劃（2023CXPT008）等項目的共同支持。

 圖4 雜化涂層的表面粗糙度

 圖5 雜化涂層的自清潔性能及仿真藤壺去除性能

 圖6 雜化涂層的抗菌附著、抗生物膜形成及抗蛋白質吸附性能

 圖7 雜化涂層的抗硅藻附著性能