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對(duì)于長(zhǎng)期部署在海水中的各類(lèi)儀器來(lái)說(shuō)，生物附著是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，不僅會(huì)縮短儀器的使用壽命，增加人工維護(hù)的頻率和成本，還可能導(dǎo)致觀測(cè)信號(hào)的漂移和數(shù)據(jù)誤差。因此，必須對(duì)儀器外部進(jìn)行防污處理。

一、海洋生物污損的介紹

海洋生物污損是指由于海洋中的污損生物在材料表面的附著、侵蝕而造成的設(shè)備損壞現(xiàn)象涂料在線coatingol.com。目前已知的污損生物約有5000多種，既有動(dòng)物，也有植物和微生物，比較常見(jiàn)的有藤壺、貽貝、海藻等（圖2所示）。它們有的吸附在船艦底部，增大了船艦航行時(shí)的阻力，加快船底金屬的腐蝕；有的則生長(zhǎng)在金屬管道內(nèi)部，容易造成管道的堵塞和泄露；還有的則生長(zhǎng)在海上設(shè)施的表面，進(jìn)一步加快建筑的損壞。

那么海洋生物又是如何在材料表面吸附的呢？其實(shí)海洋生物的附著經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。如圖3所示，在初期階段，一些有機(jī)物分子吸附在了材料表面構(gòu)成了基膜，同時(shí)，螺菌、弧菌、球菌、桿菌等海水中常見(jiàn)的細(xì)菌也會(huì)附著在材料表面，它們利用幾天的時(shí)間構(gòu)建起了一層生物膜，為后續(xù)的生物附著打下基礎(chǔ)。中期階段，硅藻孢子、纖毛蟲(chóng)、鐘形蟲(chóng)、線蟲(chóng)等小型污損生物吸附在了生物膜上，且數(shù)量越來(lái)越多。在后期，一些依靠附著生活的藻類(lèi)通過(guò)自身分泌的膠質(zhì)與物體表面連接，致使其種類(lèi)及數(shù)量急劇增加，而生物膜的建立則為一些貽貝、藤壺等大型海洋附著生物在材料表面的附著奠定了基礎(chǔ)。因此，人們往往通過(guò)抑制生物膜的形成來(lái)有效地抑制生物污損問(wèn)題。

由于我國(guó)海域遼闊，因此不同海域具有不同的污損情況。總體上，我國(guó)沿海地區(qū)污損嚴(yán)重程度呈現(xiàn)由北到南逐漸增加的趨勢(shì)，這是由于我國(guó)南方海域溫度較高，水域開(kāi)闊，有利于各種污損生物的生長(zhǎng)。同時(shí)，污損生物的附著也具有明顯的季節(jié)變化，有的生物可以全年附著，而有的則主要集中于一個(gè)季節(jié)附著。因此，根據(jù)污損具體情況而研制對(duì)應(yīng)的防污涂料是最為有效便捷的防污方法。

二、防污涂料的歷史

在古代，由于船舶都是由木頭制成，因此船蛆等鉆孔生物則成為了古代最主要的污損生物。古人利用瀝青、蠟、含有毒物的涂料涂覆于木船表面，用于防治船蛆。而我國(guó)在明朝時(shí)已經(jīng)掌握了成熟的木船防腐抗污技術(shù)，使得鄭和能夠七下西洋。隨著近代工業(yè)革命的到來(lái)，鋼殼船自從發(fā)明以來(lái)，一直面臨著海水腐蝕和生物污損兩大挑戰(zhàn)。到了第二次世界大戰(zhàn)，污損生物因其對(duì)戰(zhàn)艦、水下設(shè)施以及武器的危害而引起了人們的極大重視。在之后的幾十年間，海洋生物防污涂料技術(shù)發(fā)展迅速。

我國(guó)在解放前，防污涂料主要從歐洲進(jìn)口。50年代，我國(guó)的造漆廠已經(jīng)開(kāi)始防污涂料的自主研發(fā)工作。雖然這些涂料存在著防污周期短，防污效果差，產(chǎn)量低，品種少等問(wèn)題，但這為我國(guó)的防污涂料發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。到了60年代，由于我國(guó)海軍艦艇的防污需求，我國(guó)開(kāi)始對(duì)瀝青、乙烯樹(shù)脂、氯化橡膠、丙烯酸樹(shù)脂及環(huán)氧樹(shù)脂等防污涂料進(jìn)行大量的研究工作。經(jīng)過(guò)了15年的奮戰(zhàn)，所研制出的鋁殼快艇涂料和鋼殼艦艇涂料使我國(guó)在艦船涂料的品種和質(zhì)量方面達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

20世紀(jì)70年代，有錫自拋光防污涂料的問(wèn)世迅速占領(lǐng)了防污涂料的大部分市場(chǎng)。該涂料在海水的作用下可以緩慢水解，不斷地更新涂層表面，不利于海洋生物的附著，同時(shí)釋放出的有機(jī)錫化合物具有一定的毒性，能夠高效地毒殺附著的生物。然而由于有機(jī)錫化合物具有很強(qiáng)的毒性且不易降解，造成了海洋污染，破壞了生態(tài)平衡，如今許多國(guó)家已經(jīng)禁止使用該種涂料。

三、CPT基防污涂料

當(dāng)前主流的防污涂料有自拋光防污涂料、低表面能防污涂料、天然產(chǎn)物防污涂料、仿生防污涂料等。

近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱深圳先進(jìn)院）與廈門(mén)大學(xué)的最新研究帶來(lái)了防污小妙招。研究人員通過(guò)在廈深兩地亞熱帶海區(qū)長(zhǎng)時(shí)間海上實(shí)際試驗(yàn)，研究了天然產(chǎn)物基防污涂料對(duì)6種常用海洋傳感器金屬與非金屬材料的防污效能。相關(guān)研究成果發(fā)布于International Biodeterioration & Biodegradation。

對(duì)原位儀器外殼材料表面涂覆防污涂料是減少生物附著的主要方法之一，但現(xiàn)有的防污涂料往往有較強(qiáng)的毒性，不僅污染海水，還有可能對(duì)被監(jiān)測(cè)的生物對(duì)象造成危害；而另外一些低表面能涂料的靜態(tài)防污效果較差，并不適用于靜態(tài)部署在海水中的傳感器。針對(duì)這些問(wèn)題，深圳先進(jìn)院和廈門(mén)大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作，在亞熱帶海區(qū)研究真實(shí)海水環(huán)境下天然產(chǎn)物喜樹(shù)堿（CPT）基防污涂料對(duì)不同材料儀器外殼的防污效能。

研究中，研究人員將316L不銹鋼、TC4鈦合金、7075鋁合金、聚甲醛、聚氯乙烯、特氟龍6種常用的海洋儀器外殼材料制作成掛板，放置在廈門(mén)五緣灣海域水下，以試驗(yàn)CPT基防污涂料在上述材料表面的防污效能。

海試結(jié)果表明，3個(gè)月內(nèi)CPT基防污涂料在上述6種材質(zhì)上均顯示出優(yōu)異的防生物附著效能，未涂覆涂料的對(duì)照區(qū)域長(zhǎng)滿了污損生物，涂覆涂料的區(qū)域表面潔凈。9個(gè)月后，涂覆涂料區(qū)域的污損生物仍明顯少于對(duì)照區(qū)域，其中塑料材質(zhì)上的防生物附著效能優(yōu)于金屬材質(zhì)。

此外，雙方還開(kāi)展了CPT基防污涂料對(duì)3種深圳先進(jìn)院團(tuán)隊(duì)研發(fā)的原位傳感器的防污效能海上試驗(yàn)。浮標(biāo)海試結(jié)果表明，CPT基涂料用于水下原位傳感器時(shí)，可以使原位傳感器外殼表面保持潔凈至少4個(gè)月；與未經(jīng)涂料處理的情況相比，大大延長(zhǎng)了傳感器的免維護(hù)周期。

據(jù)悉，該技術(shù)不僅降低了海洋儀器維護(hù)的人力成本，還增強(qiáng)了傳感器在海洋環(huán)境下工作的可靠性。基于CPT的涂料可作為一種有效的抵抗生物污損解決方案，用于提升海洋儀器在真實(shí)海洋環(huán)境中的長(zhǎng)期水下工作能力。