低表面能减阻防污仿生涂料的研究现状.pdf

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1、謦47Jun朗移低表面能减阻防污仿生涂料的研究现状李义斌，谷云庆，牟介刚，郑水华，蒋兰芳(1．湖南南方宇航工业有限公司，湖南株洲412002；2．浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州310014)【谰妥J通过模拟鲨鱼等动物表皮的低表面能结构制备的涂料能降低船舶和水下航行器航行的摩擦阻力，减，J、或防止其表面污损，节能降耗，延长设备的使用寿命。简介了鲨鱼皮的表面结构、减阻及其防污机理，叙述了仿鲨鱼皮表面结构的制备方法；从仿生学角度出发，综述了有机硅系列和氟化物系列减阻防污涂料的研究现状，并对仿生涂料的应用前景进行了展望。【关键词J仿生涂料；减阻；防污；鲨鱼皮；低表

2、面能；研究现状[中图分类号]TQ6372：TQ637．3[文献标识码]A[文章编号]1001—．1560(2014)06—0048—040前言构与速度分布，继而实现减小摩擦阻力的作用。普遍认为沟槽的几何形状是影响其减阻特性最大的因船舶或水下航行器在水中运动时表面摩擦阻力主素，v形沟槽具有最佳的减阻特性。要来自于水的黏性，约占总阻力的70％～80％，即使是1．2鲨鱼皮防污机理高速运行，摩擦阻力也约占40％⋯。此外，海洋生物附于船底会增加船体的质量、加大航行阻力，降低航速，鲨鱼皮上微小的鳞片为盾鳞，排列紧凑有序，呈齿加快燃料消耗；附于金属表面会加速基材腐蚀，缩短船

3、状，齿尖趋向同一方向，前后相临的鳞片在边缘部位有舶和海洋设施的使用寿命；附于海水冷却管内壁，会使重叠现象，这些微小鳞片及其有序的排列使鲨鱼皮表管道内径变小，影响供水量，造成事故l3j。面比较光滑，为纳米．微米级的双重结构；鲨鱼表皮分传统的减阻防污涂料由于环境污染问题正受到越泌黏液，形成亲水低表面能表面，能够阻止海生物的附来越多的限制，所以寻找减小黏性流体流动阻力及防着。根据Dupre理论可得黏附功(iv)为W=+】×止海洋生物污损的减阻防污方法，为船舶表面减阻防式中，。为真空下固体表面能；。为液气平衡状态污提供新的技术是亟待解决的问题。根据鲨鱼表皮的下表面能；

4、y为固液界面自由能。可知，固体表面自由特殊结构及其减阻防污机理，目前在海洋减阻方面的能越低，黏附功越小。海洋生物的初期附着是通过分研究主要集中在表面结构的模拟和低表面能涂层的研泌黏液润湿被附着表面来实现的，而黏液对低表面能制等方面。以下对此进行简述。的表面浸润性差，从而接触角大，难以附着或附着不1表面结构减阻防污技术牢，在水流或其他外力作用下很容易脱落。1．3鲨鱼皮表面结构制取1．1鲨鱼皮减阻机理鲨鱼等海洋生物的表皮结构一直是减阻防污的研鲨鱼的体表并不光滑，而是分布着微小肋条状鳞究热点，如何成功制取具有鲨鱼皮的表面结构对于减片结构，其上附有刺状突起和刚毛，有特

5、殊的排列方阻防污的研究至关重要。美国佛罗里达大学基于鲨鱼式，其表皮呈沟槽结构，并沿游动的方向排列，该结构皮防止海底生物附着的原理，使用塑料和橡胶材料，研能够改变鲨鱼游动时皮肤附近的湍流边界中原有的结制了一种对环境无害的舰艇防护涂层J：这种仿鲨鱼皮防护涂层表面由无数细小的菱形凸起物组成，凸起[收稿日期]2014—02—20肋骨表面上的棱可以隆起或凹陷，在船体表面变化排[基金项目]国家自然科学基金项目(51305399)资助[通信作者]谷云庆(1982一)，讲师，博士，主要从事减阻列，如同抖动的鲨鱼表皮，可以去除船体的泥沙和污损防污技术的研究，电话：0571—88

6、871053，物。E—mail：guyunqing@hrbeu．edu．ca采用多波段脉冲激光系统的355nm脉冲激光，在柳保秒第47卷·第确·201月ll露÷

7、硅表面雕刻出不同深度和宽度的沟槽，激光加工后，方2．2有机硅系列柱和沟槽均匀分布在表面J。激光微表面加工技术因有机硅减阻防污涂料一般由有机硅单体水解缩聚其对形状和尺寸的控制能力优良，被认为是微表面加而制得，兼具有机和无机材料特点，表面能低，具有高工中颇为成功的方法之一。对鲨鱼皮强化处理后得到弹性和流动性的骨架和尽可能低的弹性模量，有利于能够复制的样本，之后采用压印手段制作出模板，再经附着物的脱落；且其

8、在海洋环境中具有稳定的化学性模板复制得到仿鲨鱼皮表面形貌，将其安装在阻力测质，对水解有足够的抵抗能力，涂膜强度能够阻止表面试平板上，减阻效果高达8％；该工艺可以对复杂生物结构被海水冲刷破坏等J。低表面能防污涂料与纳米表面形貌进行直接复制，是生物复制成形技术由高聚材料、仿生涂料和含生物活性物质的防污涂料相结合，物成形向金属沉积成形扩展的新途径_】。以鲨鱼表面有望付诸实际应用，为实现环境友好型海洋开发做出微小盾鳞结构为复制模板采用热压成型法和真空浇巨大贡献¨。注法，分别在有机玻璃和不饱和树脂表面进行微结构低表面能有机硅防污涂料近年来发展异常迅速。复制，得到了清晰完

9、整的鲨鱼皮微沟槽结构；该方法是Inte