海(hai)洋生物(wu)污(wu)損(sun)是(shi)一(yi)個全球性難題。它(ta)會(hui)(hui)降低船舶航行速(su)度，增加燃油消耗以及溫室氣體(ti)排放，同(tong)時也會(hui)(hui)阻塞海(hai)水輸送管道(dao)、加速(su)金屬設施腐蝕。使用殺(sha)生型防污(wu)涂(tu)(tu)層(ceng)是(shi)目前(qian)主(zhu)要的防護措施，但其往往會(hui)(hui)對海(hai)洋環境造成不利(li)影響。有(you)機硅基污(wu)損(sun)脫(tuo)附(fu)(fu)型涂(tu)(tu)層(ceng)(FRC)因具有(you)低表面(mian)能(neng)、高彈性、表面(mian)光滑等特性，使得污(wu)損(sun)生物(wu)不易于(yu)粘(zhan)附(fu)(fu)或附(fu)(fu)著(zhu)不牢，僅(jin)通(tong)過物(wu)理作用達(da)到防污(wu)目的，是(shi)最有(you)前(qian)景的無毒環保污(wu)損(sun)防護技(ji)術(shu)。但是(shi)，它(ta)還存(cun)在機械(xie)強度低、漆膜粘(zhan)附(fu)(fu)力低、靜態防污(wu)能(neng)力差等問題，這極大地限制了其在海(hai)洋工(gong)業中的應(ying)用。

針對這(zhe)些問題，國內外(wai)學者發展了多種(zhong)改善(shan)有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)防污(wu)(wu)涂(tu)(tu)層性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)。為(wei)提(ti)(ti)高涂(tu)(tu)層的(de)(de)(de)(de)力(li)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，研究人員將(jiang)海泡石(shi)、碳納米管、石(shi)墨烯等(deng)(deng)無機(ji)粒(li)子(zi)通過物(wu)(wu)理共混(hun)引(yin)入到有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)中(zhong)(zhong)，提(ti)(ti)高了材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)與拉伸強(qiang)度。還可(ke)以(yi)(yi)利(li)用(yong)化學方(fang)法(fa)，引(yin)入氨基甲(jia)酸酯(zhi)鍵、脲鍵、環氧基團(tuan)等(deng)(deng)提(ti)(ti)高材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)粘(zhan)附(fu)力(li)與剛性(xing)(xing)(xing)(xing)。以(yi)(yi)往(wang)有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)防污(wu)(wu)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)很大(da)程度上依賴于強(qiang)水流(liu)的(de)(de)(de)(de)沖刷，靜態防污(wu)(wu)能(neng)力(li)弱是一(yi)個亟(ji)待解決(jue)的(de)(de)(de)(de)難題。引(yin)入兩(liang)親性(xing)(xing)(xing)(xing)添加劑(ji)(ji)、兩(liang)性(xing)(xing)(xing)(xing)離子(zi)、季銨鹽以(yi)(yi)及防污(wu)(wu)劑(ji)(ji)等(deng)(deng)是有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)。例如，有(you)較多研究報道將(jiang)兩(liang)親性(xing)(xing)(xing)(xing)添加劑(ji)(ji)共混(hun)或(huo)接枝(zhi)到聚(ju)二甲(jia)基硅(gui)(gui)(gui)氧烷(PDMS)中(zhong)(zhong)。然而，共混(hun)會(hui)使添加劑(ji)(ji)不(bu)斷釋(shi)放，導致(zhi)抗(kang)(kang)(kang)污(wu)(wu)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)下降以(yi)(yi)及對環境造成(cheng)影響(xiang)；而在接枝(zhi)體系中(zhong)(zhong)，由于有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)低(di)表(biao)(biao)面(mian)能(neng)，大(da)部分添加劑(ji)(ji)被(bei)包埋在涂(tu)(tu)層本(ben)體中(zhong)(zhong)，無法(fa)發揮(hui)污(wu)(wu)損阻抗(kang)(kang)(kang)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。華南理工(gong)大(da)學團(tuan)隊最近報道了一(yi)種(zhong)非釋(shi)放、表(biao)(biao)面(mian)自富(fu)集兩(liang)親性(xing)(xing)(xing)(xing)調聚(ju)物(wu)(wu)改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)防污(wu)(wu)涂(tu)(tu)層(圖(tu))。由于該(gai)調聚(ju)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)氟(fu)(fu)碳酯(zhi)與有(you)機(ji)硅(gui)(gui)(gui)不(bu)相(xiang)容(rong)，且含氟(fu)(fu)聚(ju)合(he)物(wu)(wu)表(biao)(biao)面(mian)能(neng)極低(di)，因而在成(cheng)膜過程中(zhong)(zhong)調聚(ju)物(wu)(wu)自富(fu)集于涂(tu)(tu)層表(biao)(biao)面(mian)，發揮(hui)聚(ju)乙二醇(chun)(PEG)的(de)(de)(de)(de)污(wu)(wu)損阻抗(kang)(kang)(kang)功能(neng)。同(tong)時通過硅(gui)(gui)(gui)烷偶聯劑(ji)(ji)作(zuo)用(yong)固定于表(biao)(biao)面(mian)，不(bu)會(hui)釋(shi)放到海洋環境中(zhong)(zhong)，生(sheng)態友(you)好。該(gai)材(cai)(cai)料(liao)展示了優異的(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)蛋白、抗(kang)(kang)(kang)細(xi)菌(jun)及其(qi)生(sheng)物(wu)(wu)膜、抗(kang)(kang)(kang)硅(gui)(gui)(gui)藻粘(zhan)附(fu)能(neng)力(li)。

圖 1. 非釋放-自(zi)富集兩親性調聚物有機硅(gui)防污(wu)涂(tu)層(ceng)

通(tong)過類似的(de)(de)(de)(de)方(fang)法，該(gai)團(tuan)隊采用疏水的(de)(de)(de)(de)防污劑(ji)替(ti)代了親水的(de)(de)(de)(de)PEG，合成了氟碳酯-防污劑(ji)調聚物(wu)并接枝到PDMS中，以降低涂層吸水率并提高(gao)防污的(de)(de)(de)(de)廣譜性(xing)(圖2)。該(gai)材料在室內生(sheng)物(wu)評價及(ji)實海六個(ge)月的(de)(de)(de)(de)靜(jing)態浸(jin)泡實驗中都展現(xian)優異(yi)的(de)(de)(de)(de)防污能(neng)力。特別是團(tuan)隊利(li)用自行搭建的(de)(de)(de)(de)三維數字(zi)全(quan)息顯微(wei)鏡研究了海洋細(xi)菌(jun)在材料近(jin)界面(mian)的(de)(de)(de)(de)運動(dong)軌跡(ji)，發現(xian)細(xi)菌(jun)呈現(xian)出“不愿靠近(jin)”的(de)(de)(de)(de)運動(dong)行為，在微(wei)觀尺度揭(jie)示了材料可(ke)抑(yi)制污損生(sheng)物(wu)附著的(de)(de)(de)(de)原理(li)。

圖 2. 非釋(shi)放-自富(fu)集(ji)防(fang)污(wu)官能團(tuan)有機硅防(fang)污(wu)涂層

該綜(zong)述還總結了仿生有(you)(you)(you)機(ji)硅防污(wu)涂層(ceng)，包括(kuo)超滑(hua)有(you)(you)(you)機(ji)硅、可變形有(you)(you)(you)機(ji)硅以(yi)及自修(xiu)復(fu)有(you)(you)(you)機(ji)硅等(deng)。例如，該團隊首次報道將自修(xiu)復(fu)的性(xing)(xing)質引入到海洋防污(wu)涂層(ceng)中(zhong)(zhong)(圖3)，材料無論是(shi)在(zai)海水還是(shi)空(kong)氣中(zhong)(zhong)，都具有(you)(you)(you)優異(yi)的常溫自修(xiu)復(fu)能力，材料破損后(hou)可在(zai)48小時內恢復(fu)100%的拉伸(shen)強(qiang)度。該材料還可以(yi)實現對環(huan)境友(you)好防污(wu)劑的可控、穩定釋放，在(zai)長期(qi)的實海掛板實驗中(zhong)(zhong)展示了優異(yi)的防污(wu)性(xing)(xing)能。

圖3. 自修復有機硅防污涂層(ceng)

綜述還(huan)特(te)別(bie)介紹了硅基(ji)硬(ying)質防污涂(tu)層(ceng)研究進展(zhan)。例如，該(gai)(gai)團(tuan)隊通(tong)過溶膠(jiao)-凝膠(jiao)法制(zhi)備了一種柔性(xing)(xing)硬(ying)質海(hai)洋防污涂(tu)層(ceng)(圖4)。該(gai)(gai)涂(tu)層(ceng)兼具(ju)有(you)聚合物和陶瓷(ci)的性(xing)(xing)質(即(ji)柔性(xing)(xing)陶瓷(ci))，表現出高(gao)硬(ying)度、高(gao)附(fu)著力、耐磨性(xing)(xing)，同時還(huan)具(ju)有(you)污損脫(tuo)附(fu)和污損阻抗性(xing)(xing)能，是FRC重要的拓展(zhan)。

圖 4. 柔性硬(ying)質海洋防污涂(tu)層(ceng)