“鲨鱼皮”涂层

时间:2021-11-24        

  提起鲨鱼皮的仿生应用,人们往往联想到灰黑色的鲨鱼皮泳衣。这种装备可以有效减少水中的阻力,帮助游泳运动员创造了许多世界纪录。不过和我们想象的不同,鲨鱼游动速度快并非因为皮肤光滑,相反,鲨鱼皮相当粗糙。但神奇的是,相比海洋中的其他大型生物,鲨鱼没有藻类、藤壶等海洋生物附着的困扰,具有天然抗污能力。科学家由此获得灵感开发的船舶涂层,如今已成为无毒环保的防污设计新思路。

  为什么鲨鱼的皮肤防污效果出众呢?这要从其本身的结构特性说起。在显微镜下,你会发现鲨鱼皮上有一层紧密的鳞片,科学家依据形状特点将这种鳞片称为盾鳞。这些V形盾鳞之间形成的沟槽让水流快速从中流过,降低了鲨鱼在海水中游弋的阻力。同时,盾鳞的存在使得鲨鱼皮表面形成了许多高低、长短不一的凸起,从而有效防止海洋生物附着。

  不少海洋生物都与附着在身上的小型生物和平共处,比如海龟和鲸鱼的体表总能看到藻类和藤壶的踪迹,还有许多看不见的细菌。不过,若是海上的船只和设施被附着生物相中作为栖身之所,可就不是那么云淡风轻的事情了。据统计,全球至少有2000种海洋附着生物,其中半数以上生活在近海和海湾处。如果船舶船体上不使用防生物污损的防护涂料,不出两个月,船底就会被各种海洋附着生物覆盖得几乎看不出原样。海洋生物的附着会给船舶和海洋设施带来很大危害,它们将增加船舶的航行阻力,导致航速降低和燃料消耗的增加,加速金属腐蚀,缩短船舶和海洋设施的使用寿命。

  因此,防污防腐涂料一直是船舶工业研究的热门课题。然而,在相当长的时间里,人类对附着在船舶上的海洋生物采取的都是“毒杀”策略,铜、砷、镉、铅、汞和锡等化合物都被使用过。面对人们的“毒杀”,海洋里的细菌等生物将为了生存而产生抗药性、发生变异;有害物质多年分解不掉,也会沉积在生物体内,对海洋环境造成破坏,最终损害人类自身的健康。

  于是,环境友好型防污涂料成为时下的研究重点,在这方面已经有了很多大胆而新鲜的尝试。美国佛罗里达大学的材料科学研究小组利用鲨鱼皮防止海洋生物附着的微观结构原理,研制出一种对环境无害的舰艇防护涂层。它由数十亿个微小的菱形凸起物组成,在小功率电流的作用下,这些菱形凸起物表面的棱可以鼓起或缩回。这一动态变化能够有效去除船体表面的泥沙、腐质,从而避免藻类、贝类等生物的黏附。相信在不久的将来,人类的海上活动将摆脱对有毒防污剂的依赖,与海洋真正做到和平相处。