超疏水船用鋼板表面制備及其抗海洋生物附著性能研究.pdf

1、艦船是人類開發(fā)和利用海洋的最重要的工具，其使用中遇到的最大的問題是不可避免地遭受海洋生物的附著。傳統(tǒng)的抗附著涂料利用有毒重金屬離子的釋放來消除附著生物，嚴(yán)重地污染環(huán)境。仿生學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在海洋中生活的大多數(shù)生物依據(jù)其特殊的表面形貌能夠抵制多種海洋生物的附著。“鯊魚皮”效應(yīng)打破了人們對(duì)于粗糙表面不具有抗附著性能的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，為超疏水表面在抗附著領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該方式從生物抗附著的機(jī)理出發(fā)，不存在毒性物質(zhì)的釋放損耗問題，具有廣譜性和高效性

2、。
　　本文以應(yīng)用最為廣泛的Q235A級(jí)船用鋼板為研究對(duì)象，將激光加工與納米粒子涂覆相結(jié)合，構(gòu)筑仿生微納雙層結(jié)構(gòu)制備超疏水表面。利用靜態(tài)沉浸實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)沖刷實(shí)驗(yàn)測(cè)試其抗海洋生物附著性能，得到如下結(jié)果:
　　1.利用激光加工在Q235A級(jí)船用鋼板表面構(gòu)筑點(diǎn)陣，直線，網(wǎng)格3種微結(jié)構(gòu)，并涂裝防銹漆。利用正交實(shí)驗(yàn)研究不同稀釋比例、噴涂距離及噴涂時(shí)間對(duì)防銹漆膜厚度的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)噴涂距離為60mm，噴涂時(shí)間為3s，稀釋比例為4∶3時(shí)

3、，漆膜厚度達(dá)到31μm。
　　2.相同間距下，網(wǎng)格試樣接觸角最大，其次是直線試樣，點(diǎn)陣試樣接觸角最小。隨著間距的逐漸增大，點(diǎn)陣試樣的接觸角逐漸減小，滾動(dòng)角逐漸增大;但網(wǎng)格及直線試樣接觸角均先增大后減小，滾動(dòng)角先減小后增大。間距為200μm的網(wǎng)格試樣接觸角可達(dá)156.2°，滾動(dòng)角僅為3.55°。
　　3.將試樣靜置于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的小球藻藻液中進(jìn)行靜態(tài)沉浸實(shí)驗(yàn)，15天后取出試樣，利用photoshop中的圖層分色技術(shù)統(tǒng)計(jì)小球藻的附

4、著面積。同樣的間距，網(wǎng)格試樣表面附著最少，其次是直線試樣，點(diǎn)陣試樣附著最多。試樣表面疏水性能越強(qiáng)，附著量越小。
　　4.將試樣固定在攪拌器上并放置于海水中以相當(dāng)于船速10節(jié)的線速度旋轉(zhuǎn)，測(cè)試試樣表面小球藻的附著強(qiáng)度。結(jié)果表明，具有微結(jié)構(gòu)表面小球藻的附著強(qiáng)度顯著低于拋光表面。且隨表面滾動(dòng)角的減小，脫附比例增大。說明制備具有較小的滾動(dòng)角的表面，有助于附著的小球藻脫附，提高表面的抗附著性能。
　　本研究表明，符合Cassie模型的