一項(xiàng)世界級(jí)的材料難題被廣州的科學(xué)家們所攻破！

記者了解到，經(jīng)過近二十年的不懈鉆研，來自華南理工大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在海洋防污材料領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展：新型海洋防污材料為我國船舶、海洋裝備提供了亟需的“防護(hù)服”，并且打破了長期以來國外在該領(lǐng)域的技術(shù)、產(chǎn)品上的壟斷。這一技術(shù)成果獲得了2021年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

課題緣起：“瓦良格號(hào)”的到達(dá)

回到20年前，當(dāng)時(shí)，歷經(jīng)將近三年的艱難跋涉，我國購買的航空母艦瓦良格號(hào)，終于抵達(dá)了大連港。此時(shí)的瓦良格號(hào)，卻因?yàn)殚L期缺少維護(hù)，艦艏下方布滿了暗紅色的污垢，整個(gè)船身顯得很陳舊。

隨著瓦良格號(hào)的抵達(dá)，揭開了我國航母事業(yè)的序幕，但是那些暗紅色的污垢，卻是一項(xiàng)亟待攻關(guān)的技術(shù)難題——海洋防污。瓦良格號(hào)船體上的那些暗紅色污垢，除了鐵銹之外，更多的是各色海洋生物，藤壺、管蟲、苔蘚蟲、貽貝等，以及細(xì)菌和硅藻之類的微生物。

原來，航行在海洋中的船舶、海面上作業(yè)的海洋裝備，都會(huì)面臨一個(gè)共同難題：海洋生物污損。它是指海洋微生物、動(dòng)物和植物在船體等設(shè)備表面吸附、生長和繁殖所形成的生物垢，不僅會(huì)增大船舶航行阻力，增加其能耗和二氧化碳排放；還會(huì)堵塞核電站、熱電站的冷卻水管路，降低其冷熱交換效率，阻礙波浪能發(fā)電、潮汐發(fā)電等裝備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；此外，它還會(huì)堵塞海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱的網(wǎng)孔，導(dǎo)致大面積魚蝦死亡，降低海洋養(yǎng)殖產(chǎn)能等。

隨著我國海洋事業(yè)的不斷推進(jìn)，不止是航母，各類深海裝備、遠(yuǎn)洋船舶、海上風(fēng)電等，都要面臨著海洋防污的問題。

2003年，項(xiàng)目第一完成人張廣照教授把目光投向海洋防污研究。隨后在兩個(gè)國家重大科學(xué)研究計(jì)劃的支持下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)踏上“動(dòng)態(tài)表面海洋防污材料及配套防護(hù)技術(shù)”的課題攻關(guān)之路。

張廣照

直至2012年，項(xiàng)目組在技術(shù)攻關(guān)上才開始取得突破性的進(jìn)展。2013年至2016年之間，相關(guān)技術(shù)理論及成果開始正式形成，并且邁入了實(shí)用及成果轉(zhuǎn)化的階段。

回顧這段歷程，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人張廣照說，相比起海洋防腐技術(shù)，海洋防污技術(shù)的研發(fā)周期非常漫長。海洋防腐所面對(duì)的是海水或大氣等腐蝕環(huán)境，可以在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行模擬測(cè)試，而海洋防污材料的測(cè)試，必須“實(shí)船實(shí)驗(yàn)”，成本、人力投入都極其巨大。

課題難度：要應(yīng)對(duì)極其復(fù)雜的海洋環(huán)境

被稱為材料界的“桂冠”級(jí)難題，要研發(fā)海洋防污材料的技術(shù)難度究竟有多大？

此前，我國造船行業(yè)所使用的均為國外的技術(shù)產(chǎn)品，國內(nèi)95%的市場(chǎng)均為國外所占據(jù)。

項(xiàng)目主要完成人，華南理工大學(xué)教授馬春風(fēng)介紹說，海洋防污技術(shù)首先所面臨的是極其復(fù)雜的海洋環(huán)境，不同的海域有著不同的溫度、鹽度以及海洋生物種類，適用于某些海域的涂料，并不能保證適用于其他海域。此前，我國曾經(jīng)引進(jìn)了俄羅斯的防污技術(shù)，但是由于俄羅斯的船舶長期處于冷水海域，其面臨的生物污損問題并不嚴(yán)重，而我國的東海、南海海域水溫較高，俄羅斯的技術(shù)并不能針對(duì)性地加以解決。

新型海洋防污材料效果對(duì)比圖

此外，海洋中，各種可能對(duì)船舶、裝備進(jìn)行粘附的微生物、動(dòng)物、植物種類超過了四千種，也很難有一種涂料，能夠有效地阻止所有的海洋生物。

即使是國外的技術(shù)產(chǎn)品，也不能很好的解決上述兩項(xiàng)難題。

大膽創(chuàng)新：提出“以動(dòng)治靜”思路

功夫不負(fù)有心人。中國科學(xué)家們?cè)诩夹g(shù)攻關(guān)上進(jìn)行了大膽的突破性創(chuàng)新。

馬春風(fēng)介紹說，以前應(yīng)對(duì)防污問題，大家圍繞的對(duì)象是船舶，航行狀態(tài)下的船體由于與海水之間有相互運(yùn)動(dòng)，表面污損程度較低， 這也就是以往的“以動(dòng)治動(dòng)”的思路，而項(xiàng)目組在國際上首次提出了“以動(dòng)治靜”的“動(dòng)態(tài)表面防污”策略：即使船舶、海洋裝備處于靜止?fàn)顟B(tài)，材料表面也能“動(dòng)”起來，使得海洋生物不易粘附。

馬春風(fēng)

此外，項(xiàng)目組還采用了“以污治污”的方法。在海洋中，有些海洋生物的身體表面不會(huì)被其他生物、微生物等粘附，其原因在于這些生物會(huì)分泌一些特殊物質(zhì)。受此啟發(fā)，他們?cè)趧?dòng)態(tài)表面防污體系中引入海洋天然產(chǎn)物基防污劑，使其緩慢、可控地釋放到海洋中，從而實(shí)現(xiàn)“取之海洋，用之海洋”的全新理念。

“以往曾經(jīng)采取了添加重金屬或者其他有毒物質(zhì)的方法，無選擇性地殺死那些粘附性生物，而我們的技術(shù)則規(guī)避了這一做法，實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)、長效、生態(tài)友好。”馬春風(fēng)說。

據(jù)此，項(xiàng)目組發(fā)明了系列可控降解高分子基動(dòng)態(tài)表面防污材料及配套防護(hù)技術(shù)。

技術(shù)產(chǎn)品成熟之后，這一由我國自主研發(fā)的新型海洋防污技術(shù)正在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

涂裝現(xiàn)場(chǎng)

馬春風(fēng)介紹說，隨著我國逐漸邁向深海、遠(yuǎn)海，除了船舶防污難題之外，海洋牧場(chǎng)、核電站、波浪能發(fā)電平臺(tái)乃至新興的海底數(shù)據(jù)中心等，都是這一技術(shù)的用武之地。如今，包括中國聯(lián)塑集團(tuán)在內(nèi)的不少企業(yè)，都已經(jīng)將這一項(xiàng)目發(fā)明的防污材料進(jìn)行了應(yīng)用，與國際上先進(jìn)的自拋光防污涂料相比，其靜態(tài)防污效果和防污期效都更勝一籌。

該技術(shù)如今已經(jīng)獲授權(quán)中外發(fā)明專利30余件，其中美國、日本、新加坡專利各1件，還布局了歐洲、澳大利亞等專利，打破了國外在海洋防污技術(shù)上的壟斷。

文/羊城晚報(bào)全媒體記者 李鋼

圖/由受訪者提供