浙江大學詹曉力、張慶華研究團隊長期致力與抗粘附自清潔材料的基礎與應用研究，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域取得進展，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/納復合結構的超疏水抗菌涂層（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、海洋防污領域等具有廣泛的應用前景。

    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構的雜合基材，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，內交聯(lián)的網(wǎng)狀基材以及納米尺度的粗糙結構所形成的毛細作用力增強了硅油在基材中的穩(wěn)定性，在強剪切力、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%），表面細菌粘附量下降2個數(shù)量級，在強化的穩(wěn)定性評價實驗中仍能夠保持優(yōu)異的抗蛋白與細菌的粘附性能，研究成果為SLIPS材料的海洋防污等領域的工業(yè)化應用提供了依據(jù)。

    圖二：超光滑SLIPS表面的構建（左上）和抗蛋白與細菌粘附性能（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行了半年以上應用性評價，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基金（21676248，21476195）、浙江省自然科學基金（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，是影響海事運輸與通訊設施、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，導致燃油消耗、維修費用和溫室氣體排放量的增加，燃油消耗的增加量可達到40%，而航行總費用的增加量可高達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。