[发明专利]一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用。首先对基体表面进行除油及喷砂处理，然后以纳米团聚陶瓷粉末为喷涂原料，采用喷涂方法在基体表面制备微纳多孔结构陶瓷基相涂层；对微纳多孔结构陶瓷基相涂层进行润滑油填充浸渗处理，待孔隙充分填充后，倾斜放置，得到基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层。本发明以简单方法大面积获得了兼具微纳双尺度孔隙结构的环保、长效、高性能仿生超滑防污涂层，将其在人工海水中动态浸泡60天后仍具有118supgt;o/supgt;接触角及5.5supgt;o/supgt;水滴滑动角；在人工海水中浸泡30天后，抑制大肠杆菌贴附率达90%以上；在实海挂板6个月后其表面无任何海生物附着。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，涉及一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用。

背景技术

海洋生物污损是指藤壶、贻贝、海藻、细菌、石灰虫、牡蛎等微生物及动植物在水下设施设备表面附着的现象。海洋生物污损是船舶、潜艇及海洋装备面临的除腐蚀外另一关键难题。生物污损不仅增加船体表面粗糙度、从而显著增加航行阻力及油耗，且会造成水下管路堵塞、设施设备失灵，显著威胁舰船装备的服役效能、可靠性及安全耐久性。因此，研发绿色、长效、高性能防污技术是提升舰船装备服役性能的必然选择。

针对严峻的海洋生物污损问题，目前最常用的防污方法为涂覆加载大量防污剂的有机自抛光防污涂料。该类涂料在接触海水后通过防污剂的释放达到杀灭污损生物、有效防污的目的。然而，防污剂的大量释放同时带来了严重的海洋环境污染问题、显著影响非靶向生物生长。针对传统防污剂释放型防污方法的环境污染问题，超滑表面技术是环境友好型防污涂层技术发展的重要方向之一。受自然界中食虫植物猪笼草依靠其笼口粗糙多孔结构锁住表面液相水层，使昆虫从笼口轻易滑进笼内而将其捕食现象的启发，2011年Harvard大学Aizenberg课题组研发的仿猪笼草型液相填充多孔超滑SLIPS（Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces）体系是潜在有效的海洋防污方法（T.-S. Wong, S.H. Kang,S.K.Y. Tang, E.J. Smythe, B.D. Hatton, A. Grinthal,J. Aizenberg, Bioinspiredself-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity, Nature477 (7365) (2011) 443–447）。SLIPS体系通过固态基相多孔结构对填充的低表面能润滑液体的毛细作用，在基相表面形成一薄层稳定连续超滑的液相润滑油覆层，使污损生物难以附着而轻易滑落，从而实现有效防污。仿生超滑SLIPS涂层由于其环境友好性及优异的防污性能而在海洋防污领域表现出巨大的应用潜力。

然而，长效稳定性是SLIPS防污体系目前面临的最大问题和挑战。研究表明，在海洋服役环境下，SLIPS表面润滑油膜在外界水流剪切流动下的快速流失损耗是导致其防污失效的主要原因，而微观孔隙结构是决定SLIPS体系防污长效性的关键因素。研究表明，纳米尺度孔隙锁油性更强，可有效减少润滑油剪切流失，然而纳米孔隙储油空间有限，难以对SLIPS表面润滑油膜流失进行及时有效补充；微米尺度孔隙具有大的储油空间，但其锁油能力有限。因此，如何实现微纳双尺度孔隙结构的协同设计是构建长效稳定SLIPS的前提。然而，目前已报道的SLIPS体系多是以微米或纳米单尺度孔隙结构为主的体系，难以实现长效防污。

发明内容

针对现有技术中SLIPS表面润滑油膜在外界水流剪切流动下快速流失损耗，难以实现长效防污的技术问题，本发明提出一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用。通过简单的方法大面积获得兼具微纳双尺度孔隙结构的环保、长效、高性能仿生超滑防污涂层。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：