隨著深海探測(cè)與開(kāi)發(fā)加速推進(jìn)，海洋工程正邁向全海深作業(yè)階段。極端高壓、高鹽度及復(fù)雜微生物群落使裝備易遭受污損與腐蝕耦合破壞，嚴(yán)重威脅長(zhǎng)期服役。目前多層防護(hù)體系因界面剝離和功能衰減難以適應(yīng)極端環(huán)境，因此，在單一涂層中實(shí)現(xiàn)防污/防腐協(xié)同防護(hù)已成為亟待攻克的技術(shù)難題。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室苛刻環(huán)境材料耦合損傷與延壽團(tuán)隊(duì)在薛群基院士和王立平研究員的指導(dǎo)下，盧光明高級(jí)工程師和田澍助理研究員聚焦環(huán)保型防污材料，近年來(lái)取得了系列創(chuàng)新成果。

近期，團(tuán)隊(duì)在全海深防護(hù)涂層研究中取得突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與納米界面調(diào)控，成功構(gòu)筑出一種聚肟氨酯防污/防腐一體化涂層。該涂層在分子結(jié)構(gòu)中引入具有本征殺菌/防污作用的2.5-呋喃二甲醛二肟單元，并通過(guò)共價(jià)交聯(lián)嵌入高極性官能化氧化石墨烯(GO-COOH)納米片，形成了穩(wěn)定的微相分離結(jié)構(gòu)和致密的二維屏蔽網(wǎng)絡(luò)，從而涂層在極端條件下兼具本征防污與高效防腐。

圖1 聚肟氨酯全海深防污/防腐一體化涂層設(shè)計(jì)

圖2 聚肟氨酯涂層的防污/防腐機(jī)制

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該涂層在東海(2m)淺海與菲律賓海域(7730m)深海掛板2個(gè)月可以有效抑制淺海大型污損生物及深海微生物等污損生物的附著，展現(xiàn)出優(yōu)異且穩(wěn)定的全海深防污效果。同時(shí)，涂層樣品長(zhǎng)期浸泡在15 MPa高壓+高鹽+高濃度細(xì)菌的模擬耦合腐蝕環(huán)境中，展現(xiàn)出了優(yōu)異的防腐性能。進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)試揭示了涂層通過(guò)干擾細(xì)菌嘌呤代謝途徑并抑制核苷酸合成的本征抗菌防污機(jī)制;第一性原理計(jì)算揭示了GO-COOH通過(guò)提高界面能壘，阻礙腐蝕離子和微生物代謝產(chǎn)物的滲透，實(shí)現(xiàn)低吸附/高屏蔽的協(xié)同防腐。

該研究成果在ACS Nano期刊上發(fā)表，中國(guó)科學(xué)院寧波材料所王立平研究員與盧光明高級(jí)工程師為共同通訊作者，中國(guó)科學(xué)院寧波材料所/寧波大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生張鵬和寧波材料所助理研究員田澍博士為共同第一作者。該研究獲得了中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、浙江省博士后擇優(yōu)資助、高端裝備涂料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目的資助。