摘 要

海洋污损生物易在船舶浸水表面粘附造成严重危害，纳米粒子改性制备超疏水表面是一种新型高效的防污方法。基于海洋污损生物的附着理论，文中探讨了超疏水防污表面制备原理，分析了纳米粒子改性制备超疏水防污表面的特点、防污性能评价指标和防污机理；总结了纳米粒子改性防污涂料研究方面的进展，阐述了几种不同长度的纳米粒子对涂膜表面的防污性能影响。对当前常用的纳米级加工方法进行了综述，分析了目前对于涂膜表面防污性能常用的评价方法：涂膜接触角的检测和生物附着实验的防污性能检测。纳米粒子改性船舶超疏水表面的研究结果表明，加入30 nm，2.8 g的氧化锌对三角褐指藻的防污效果最好。

关键词：生物污损；纳米粒子；防污机理；纳米加工；防污性能

Abstract

It is easy for marine fouling organisms to adhere on the submerged surface of ships, which results in serious damage. Based on the adhesion theory of marine fouling organisms, this paper discusses the preparation principle of superhydrophobic antifouling surface, analyzes the characteristics, antifouling performance evaluation index and antifouling mechanism of nano particle modified superhydrophobic antifouling surface, summarizes the research progress of nano particle modified antifouling coating, and expounds the influence of several different lengths of nano particles on the antifouling performance of coating surface. In this paper, the commonly used nano processing methods are reviewed, and the commonly used evaluation methods for antifouling performance of film surface, such as the detection of contact angle of film and the detection of antifouling performance of biological adhesion experiment, are analyzed. The results show that the best antifouling effect is 2.8g zinc oxide at 30 nm.

Key Words：biofouling; nanoparticles; antifouling mechanism; nanoprocessing; antifouling performance

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 生物污损过程 2

1.3 防污研究进展 2

1.4 论文研究内容 5

第2章 超疏水防污 6

2.1 超疏水基本理论 6

2.2 超疏水表面制备方法 8

2.2.1 喷涂法 8

2.2.2 蚀刻法 8

2.2.3 化学沉积法 8

2.2.4 模板法 9

2.2.5 溶胶-凝胶法 9

2.3 超疏水防污机理 10

第3章 基于纳米粒子改性的超疏水防污 11

3.1 纳米粒子改性的超疏水表面制备 11

3.1.1 环氧树脂 11

3.1.2 固化剂 11

3.1.3 纳米粉体分散剂 12

3.1.4 纳米氧化锌 12

3.1.5 制备超疏水表面 12

3.2 防污性能测试 13

3.2.1 防污涂料涂层表面性能表征 14

3.2.2 防污涂层表面形貌图 15

3.2.3 三角褐指藻污损实验结果 17

第4章 结论 20

参考文献 21

致 谢 25

第1章 绪论

人类想要发展和进步，离不开海洋的幵发和利用。但只要进行海洋上的经济活动都会遭受海洋生物的附着污损。这些海洋污损生物通常会在船舶底部进行附着和生长，这样不仅仅加重了船舶自身的重量，也给船舶航行的经济带来了巨大的损失。在海洋中生活的大多数生物，通过生存竞争，大部分生物表面都形成了一层表面微结构，降低了各种海洋污损生物的附着。例如鲨鱼的皮肤表面具有纳米级刺状突起或刚毛^[1]，鱼儿在石油污染的海域依然能保持自身清洁，生物表面形成了一层纳米微结构，具有良好的防污性能。由此可见，想要改善船舶表面的防污性能，应该从纳米粒子材料改性超疏水表面方向去进行，这种方法在船舶防污方面有着良好的发展前景，这种方法是基于物理生物表面的超疏水性，用材料仿制出生物防污表面的结构，最终制造出用纳米粒子进行改性后的超疏水表面，从而体现出较好防污的效果，这种方法效率高，成本低，安全又环保，并且对环境没有污染，是未来船舶防污研究的新方向。

随着船舶防污超疏水表面的不断发展，许多对海洋环境有重大危害的纳米材料被全方面禁止使用，船舶对防污超疏水表面的制造要求也越来越严格，一方面要求无毒环保，另一方面还要求具有良好的防污性能。但是问题还是比较多，方法也有着诸多限制。因此，技术还需要更进一步的改善。虽然表面看着比较粗糙，但是对于表面微结构形貌是不能够控制的，表面微结构的防污性能不能够单方面由表面形貌来决定。制备防污超疏水表面有许多缺点，成本变得越来越高，原材料也越来越难以获取，还得保证材料无毒环保。但是在新型防污超疏水表面中，通过将超疏水表面与纳米粒子结合，展现出良好的防污性能，这种方法是未来船舶防污发展的新方向，不仅节约了能源，还促进国家经济的发展。通过研究纳米粒子改性船舶超疏水防污表面，为船舶防污提供了一种新的思路，对提高船舶表面的防污性能有着深远的意义。

1.1研究的背景及意义

海洋污损生物附着对船舶有着非常严重的影响（如图1-1），使人们在海洋活动中承受更大的阻力。当船舶在海洋上运行的时候，都不可避免的会受到海洋生物的附着，船舶就会遭到海洋生物的粘附，浸入海水中的金属材料先被海洋微生物附着，随后慢慢的被大型生物附着，形成肉眼可见的生物污损群落，使船舶重量增加，随着污损程度的增大，船舶的油耗、维修、清洗、重涂等费用都会提高。由此可见，海洋生物污损给全世界的航运事业所造成的损失是无法估计的。