华南理工大学科研团队攻克海洋材料界“桂冠”级难题!
来源: | 作者:proc903e2 | 发布时间: 2022-05-09 | 13 次浏览 | 分享到:
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一项世界级的材料难题被广州的科学家们所攻破!记者了解到,经过近二十年的不懈钻研,

来自华南理工大学的科研团队在海洋防污材料领域取得了重大进展:新型海洋防污材料为我国船舶、海洋装备提供了亟需的“防护服”,并且打破了长期以来国外在该领域的技术、产品上的垄断。这一技术成果获得了2021年度广东省科学技术奖技术发明奖一等奖。

 

课题缘起:“瓦良格号”的到达

 

回到20年前,当时,历经将近三年的艰难跋涉,我国购买的航空母舰瓦良格号,终于抵达了大连港。此时的瓦良格号,却因为长期缺少维护,舰艏下方布满了暗红色的污垢,整个船身显得很陈旧。随着瓦良格号的抵达,揭开了我国航母事业的序幕,但是那些暗红色的污垢,却是一项亟待攻关的技术难题——海洋防污。瓦良格号船体上的那些暗红色污垢,除了铁锈之外,更多的是各色海洋生物,藤壶、管虫、苔藓虫、贻贝等,以及细菌和硅藻之类的微生物。原来,航行在海洋中的船舶、海面上作业的海洋装备,都会面临一个共同难题:海洋生物污损。它是指海洋微生物、动物和植物在船体等设备表面吸附、生长和繁殖所形成的生物垢,不仅会增大船舶航行阻力,增加其能耗和二氧化碳排放;还会堵塞核电站、热电站的冷却水管路,降低其冷热交换效率,阻碍波浪能发电、潮汐发电等装备的正常运转;此外,它还会堵塞海水养殖网箱的网孔,导致大面积鱼虾死亡,降低海洋养殖产能等。随着我国海洋事业的不断推进,不止是航母,各类深海装备、远洋船舶、海上风电等,都要面临着海洋防污的问题。2003年,项目第一完成人张广照教授把目光投向海洋防污研究。随后在两个国家重大科学研究计划的支持下,他带领团队踏上“动态表面海洋防污材料及配套防护技术”的课题攻关之路。

 

 

 

直至2012年,项目组在技术攻关上才开始取得突破性的进展。2013年至2016年之间,相关技术理论及成果开始正式形成,并且迈入了实用及成果转化的阶段。回顾这段历程,项目组负责人张广照说,相比起海洋防腐技术,海洋防污技术的研发周期非常漫长。海洋防腐所面对的是海水或大气等腐蚀环境,可以在实验室中对相关材料进行模拟测试,而海洋防污材料的测试,必须“实船实验”,成本、人力投入都极其巨大。

 

课题难度:要应对极其复杂的海洋环境

 

被称为材料界的“桂冠”级难题,要研发海洋防污材料的技术难度究竟有多大?此前,我国造船行业所使用的均为国外的技术产品,国内95%的市场均为国外所占据。项目主要完成人,华南理工大学教授马春风介绍说,海洋防污技术首先所面临的是极其复杂的海洋环境,不同的海域有着不同的温度、盐度以及海洋生物种类,适用于某些海域的涂料,并不能保证适用于其他海域。此前,我国曾经引进了俄罗斯的防污技术,但是由于俄罗斯的船舶长期处于冷水海域,其面临的生物污损问题并不严重,而我国的东海、南海海域水温较高,俄罗斯的技术并不能针对性地加以解决。

 

 

 

此外,海洋中,各种可能对船舶、装备进行粘附的微生物、动物、植物种类超过了四千种,也很难有一种涂料,能够有效地阻止所有的海洋生物。即使是国外的技术产品,也不能很好的解决上述两项难题。

 

大胆创新:提出“以动治静”思路

 

功夫不负有心人。中国科学家们在技术攻关上进行了大胆的突破性创新。马春风介绍说,以前应对防污问题,大家围绕的对象是船舶,航行状态下的船体由于与海水之间有相互运动,表面污损程度较低, 这也就是以往的“以动治动”的思路,而项目组在国际上首次提出了“以动治静”的“动态表面防污”策略:即使船舶、海洋装备处于静止状态,材料表面也能“动”起来,使得海洋生物不易粘附。

 

 

此外,项目组还采用了“以污治污”的方法。在海洋中,有些海洋生物的身体表面不会被其他生物、微生物等粘附,其原因在于这些生物会分泌一些特殊物质。受此启发,他们在动态表面防污体系中引入海洋天然产物基防污剂,使其缓慢、可控地释放到海洋中,从而实现“取之海洋,用之海洋”的全新理念。“以往曾经采取了添加重金属或者其他有毒物质的方法,无选择性地杀死那些粘附性生物,而我们的技术则规避了这一做法,实现了静态、长效、生态友好。”马春风说。据此,项目组发明了系列可控降解高分子基动态表面防污材料及配套防护技术。技术产品成熟之后,这一由我国自主研发的新型海洋防污技术正在更多的领域得到应用。

 

 

 

马春风介绍说,随着我国逐渐迈向深海、远海,除了船舶防污难题之外,海洋牧场、核电站、波浪能发电平台乃至新兴的海底数据中心等,都是这一技术的用武之地。如今,包括中国联塑集团在内的不少企业,都已经将这一项目发明的防污材料进行了应用,与国际上先进的自抛光防污涂料相比,其静态防污效果和防污期效都更胜一筹。该技术如今已经获授权中外发明专利30余件,其中美国、日本、新加坡专利各1件,还布局了欧洲、澳大利亚等专利,打破了国外在海洋防污技术上的垄断。