【引言】

如何在海洋环境中保护人类设施免受高盐度海水和生物污染的影响，是当前海洋工程领域亟待解决的重要难题。铁基非晶涂层因其无序的原子结构而具备独特的机械、物理和化学性能，引起了广泛关注。这些涂层表现出优异的性能，包括高强度、耐腐蚀性和耐磨性等特点，使其适用于海洋应用领域。然而，在实际海洋环境中，铁基非晶涂层表面所形成的微生物生物膜会破坏其钝化膜，并加剧表面腐蚀，从而难以有效抵御各种生物污损带来的负面影响。所以提高铁基非晶涂层的防污性能，实现防腐防污一体化是其在海洋工程领域广泛应用的关键问题。

【成果简介】

近日，华中科技大学材料学院柳林教授研究团队采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和氧化亚铜(Cu₂O)的共改性来增强铁基非晶涂层的防污性能，设计和制备了一种具有良好防腐防污性能的PDMS/Cu₂O锚定的铁基非晶涂层（简称为PCA涂层），并系统研究了其防腐防污性能与机制。

研究发现，PDMS和Cu₂O的复合成功制备了一种PDMS/Cu₂O复合防污涂层，该涂层具有“杀伤—抵抗附着”一体化的防污机制。通过引入环氧树脂中间层，显著提升了PDMS/Cu₂O防污涂层在非晶涂层上的结合强度，从1.01 MPa提升至2.17 MPa。此外，Cu₂O颗粒的添加不仅提高了涂层的防污性能，还增强了PDMS涂层的机械耐久性。

在实验室和海洋现场环境的测试中，PCA涂层展现出优异的防污性能。对牛血清白蛋白粘附的抗性达到了83.9%，对小新月菱形藻的附着抵抗率高达99%。此外，该涂层还具有较高的细菌和贻贝附着抵抗性能。在东海为期150天的实海挂板测试中，涂层没有发生任何破损和脱落。与非晶涂层对比，呈现出更加优异的实海防污性能。PCA涂层展现出优异的防污性能，源自于同时采用了含铜防污剂释放和低表面能、低模量材料易脱附的双重机制。该涂层可以全方位抵御不同演变阶段的海洋生物污染的附着，具备广谱防污能力，包括对蛋白质、藻类、细菌以及大型污损生物附着的抑制作用。同时，PCA涂层中的铁基非晶涂层也为复合涂层提供了优异的防腐性能，使得PCA涂层实现了防腐和防污的功能一体化，在海洋工业领域展示出巨大潜力。

相关工作以题为“Enhanced antifouling capability of PDMS/Cu2O-anchored Fe-based amorphous coatings”的研究论文发表于Surface & Coatings Technology期刊。论文第一作者为华中科技大学硕士生朱鹏宇，通讯作者为华中科技大学张诚教授，合作者包括巴基斯坦空间技术研究所的Yasir教授、厦门大学冯丹青教授。

文章链接https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.130192。

【图文导读】

图1 Cu₂O的复合以及环氧树脂中间层的引入显著提升了防污涂层的结合强度和机械稳定性

图2 PDMS/Cu₂O锚定的铁基非晶涂层显著降低了细菌粘附

图3 PDMS/Cu₂O锚定的铁基非晶涂层防污机制