基于贝壳表面微结构仿生的船舶绿色防污方法研究

海洋污损生物的附着给船舶带来极大的危害，目前对海洋污损生物的防除主要是通过在浸没海水的船壳上涂防污涂料来实现的，随着各国对海洋生态环境保护的日益重视，危害环境及生态系统的有毒防污剂最终将被全面淘汰，研制开发新型绿色防污方法已经成为时代的需要。本项目以贝壳为仿生对象，综合运用毫米尺度、微米尺度、纳米尺度的多种分析手段，获取贝壳表面形貌的多尺度细观结构，并用小波理论分离表面粗糙度、波纹度和形状误差，对其进行多参数的特征描述；探讨贝壳表面抗海洋污损生物附着的机理，建立贝壳表面结构与其抗海洋污损生物附着关系模型；采用激光加工仿贝壳表面微结构的阴模复型模板，再采用预聚体真空浇注法进行复型翻模，制备一种包含毫米、微米及纳米尺度的仿贝壳表面船舶绿色防污涂层，该涂层能够同时防止多种海洋污损生物的附着，为开发船舶绿色防污新技术，更好的保护海洋生态环境，维护海洋生态平衡提供新的思路。

海洋污损生物的附着给船舶带来极大的危害，目前对海洋污损生物的防除主要是通过在浸没海水的船壳上涂防污涂料来实现的，随着各国对海洋生态环境保护的日益重视，危害环境及生态系统的有毒防污剂最终将被全面淘汰，研制开发新型绿色防污方法已经成为时代的需要。材料表面微结构影响海洋污损生物的附着性能已经得到了越来越多的认可。本项目以海洋贝壳为仿生对象，通过对船舶的船属港、船型、船舶泊港时间、两次坞修间隔时间、航行海区、船速、业务性质、在航率、防污方法等因素的调查，分析了船舶污损生物附着规律；选取抗污能力不同的贝壳，分析了贝壳所处的生态环境及活动形式，并对贝壳抗海洋污损生物附着的因素进行了分析和评价；为研究开发仿贝壳表面微观形貌的船舶绿色防污技术，提出了一种有效测量贝壳表面形貌的方法，即通过带有图像采集系统的光学显微镜观察贝壳表面形貌，初步确定测量贝壳表面形貌的采样条件，按照该采样条件对贝壳表面形貌进行多次测量，计算出多次测量结果的表面功率频谱和累计功率频谱，根据这两频谱图上的功率谱值的分布情况来验证贝壳表面合适采样条件方法的合理性，并综合运用光学显微镜、扫描电子显微镜及原子力显微镜等多种测试和分析手段，分别从毫米尺度、微米尺度、纳米尺度获取贝壳表面形貌的多尺度细观结构，用小波理论分离表面粗糙度、波纹度和形状误差，实现了对其进行多参数的特征描述；探讨了贝壳表面抗海洋污损生物附着的机理，研究了贝壳表面结构的构（形态）效（抗海生物附着）关系；基于模拟船舶在海水中的运行状况，研制了海洋污损生物实验室附着试验装置；采用生物复制成形、精密机加工以及激光加工技术制备了各种仿贝壳表面船舶绿色防污涂层，进行了海洋底栖硅藻的实验室培养与附着试验，该涂层能够同时防止多种海洋污损生物的附着，为开发船舶绿色防污新技术，更好的保护海洋生态环境，维护海洋生态平衡提供了新的思路。