具有水下超疏油性能的聚合物微/納米刷複合結構用于海洋防污

海洋生物污損造成的經濟損失（包括增加燃料消耗以及增加維修次數、入船塢清洗或重塗塗層的費用等）是非常巨大的。從上世紀20年代開始，美國海軍就開展了防污塗層材料的研究。此後世界各國陸續研發出了含重金屬化合物、有機錫類、自拋光防污塗層等。然而這些塗層釋放的有害物質會給生態環境和人類健康造成嚴重危害。因此，新一代無毒防污材料的研究成為人們關注的熱點。

海洋生物污損的機理複雜，但普遍認為污損過程可分為四個階段。其中最初級的階段是有機分子，如蛋白質、多聚糖、油脂等迅速地聚集在表面形成調節膜，隨後細菌和單細胞硅藻迅速附著在調節膜的表面。因此，如何抑制有機分子在表面的聚集就成了設計防污材料的關鍵。另外，與人造艦船不同的是，常年在海洋環境中遨遊的大型生物表面上並沒有生物污損的附著。人們對鯊魚皮的研究發現，這些表面看起來非常光滑，其實具有大小為300-400 μm的特殊微觀結構，可以有效地抵禦海洋生物污損。於是，構築一種即具有特殊微觀結構，又能抑制有機分子聚集的表面成為設計海洋防污材料的新思路。

中國科學院蘭州化學物理研究所周峰研究員帶領的團隊成功研發出了一種聚合物微/納米刷複合結構的防污表面。通過多孔陽極氧化鋁為模板，研究人員製備了聚丙烯酸微米刷表面。該表面具有特殊的微觀結構，並且展示出了良好的水下超疏油性能。通過表面原子轉移自由基聚合技術(SI-ATRP)，研究人員又在微米刷上接枝了兩種不同功能的納米刷，從而首次製備了這種微/納米刷複合結構。通過測試發現，這種微/納米刷複合表面在保持水下超疏油的同時，可以通過改變溫度來調節油滴對於表面的粘附。更為重要的是，具有特殊微觀結構的微米刷表現出了良好的防污性能，而對於接枝了具有防污活性的微/納米複合結構，防污性能最佳。

這項研究初步揭示了構築水下超疏油表面對於海洋防污的重要性，為今後新型海洋防污材料的設計提供了指導思路。相關論文發表在Small(DOI: 10.1002/smll.201602020)上。

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