表面生物污损（Biofouling）与粘附现象无处不在，比如暴露在环境中的物体表面极易滋生和繁殖各种有害微生物，对人类的健康构成严重的威胁，而水下环境中功能材料的污损则更为突出，由此引起其功能褪化和进一步的污损，是与水接触仪器装备和设施面临的重大问题之一，会导致相关产品生命周期急剧降低。以海洋船舶污损为例，海洋生物附着污染对海洋运输和海洋资源的勘探开发造成了巨大危害，如降低船舶行驶速度、增加油耗等。随着“一带一路”、“海洋强国”等国家战略的确立，海洋成为我国经济与军事的战略要地。然而，在苛刻的海洋环境下，海洋工程材料及装备的污损与腐蚀问题日益突出，带来了巨大的经济损失和安全隐患，我国每年因海洋腐蚀造成的损失约为1000亿元，其中约40%由生物污损造成，海洋防污被公认是一项世界性难题。

图1 各种自然界和常见的生物污损粘附现象

箭毒蛙启发的智能响应性的多孔液体注入超润滑防污涂层（SPIPS）：

        为了解决海洋生物污损，浙江大学张庆华教授课题组制备了一种新型的超润滑表面（SLIPS）—多孔液体注入超润滑表面（Slippery Porous-liquid-infused Porous Surface—“SPIPS”），用于智能响应性海洋防污。SLIPS在防污领域受到广泛关注，但由于润滑剂流失导致防污性能下降，限制了其在实际海洋中的应用。SPIPS 的设计灵感来源于箭毒蛙在其覆盖着粘液的皮肤，其中毒腺还能够释放毒素的自卫功能。SPIPS在“防御性”和“攻击性”防污模式之间具有响应性的防污剂释放开关，可智能地增强润滑剂在严苛环境下暂时流失后“空窗期”内降低的防污效果，在实际浅海中表现出了360天的防污效果。

图2 SLIPS的分子结构设计和响应机制

        SPIPS 的按需智能响应性能是通过将基于ZIF-8的多孔液体（PL）作为润滑剂引入有机硅聚氨酯基体而构建的。多孔液体是一种新兴的具有永久孔隙率的流体材料，由稳定分散在立体受阻流体中的多孔物质组成，具有连续流动性和孔隙率，广泛应用于吸附、分离等领域。负载了环保型防污剂（溴代吡咯腈，又名曲洛比利）和光响应剂（邻硝基苯甲醛）的 ZIF-8与过量的反应性聚硅氧烷合成了III 型PL。改性后的ZIF-8和聚硅氧烷分别用于模拟毒箭蛙的毒腺和粘液。PL兼具润滑性和绿色防污剂响应性释放特性，在润滑剂流失后和润滑剂表面自补充前的这个“空窗期”中，能够智能按需增强防污效果，有效增强了SLIPS材料的应用性能和使用寿命。

图3 智能防污涂层的形貌、响应模式和实际浅海防污性能

        因此，在“空窗期”中SPIPS可按需调节防污剂的响应释放，以增强由于表面润滑剂在苛刻环境下暂时流失所下降的防污效果。当白天生物污损生长旺盛时，SPIPS可释放防污剂以增强防污效果，并切换到“进攻”模式。相反，SPIPS 在夜间会暂停释放防污剂，转入“防御”模式，其较低的表面能足以有效对抗生命活动放缓的生物污垢。该机制减少了防污剂不必要的浪费，并在“空窗期”精确按需增强了下降了的防污效果，从而有效地增强了SLIPS材料的耐用性和使用寿命。此外，SPIPS还具有令人满意的润滑剂表面自补充、稳定性、自清洁、自修复和防污（蛋白质、藻类、细菌和模拟藤壶）性能。其在真实浅海的海生物生长旺季中保持了360天的防污寿命。该研究首次创新性地将多孔液体作为功能性润滑剂引入SLIPS材料，有效解决了SLIPS材料防污性能下降的问题，促进了其在浅海防污领域的进一步应用。

眼斑豹鳎启发的基于香豆素的智能超润滑防污涂层（CmSLIPS）：

        为防治海洋生物污损，浙江大学张庆华教授课题组制备了基于香豆素可逆化学键的超润滑表面（SLIPS）--“CmSLIPS”，应用于智能响应性海洋防污。SLIPS在防污领域受到广泛关注，但润滑剂流失和不可控性限制了传统SLIPS在实海中的应用。受到眼斑豹鳎有毒粘液的防鲨功能的启发，于SLIPS材料的润滑剂和基质之间引入了可逆化学键，从而有效地实现了润滑剂的可调节性和涂层的持久抗菌效果。

图4 防污涂层的分子结构设计和响应机制

        CmSLIPS的机制在于香豆素的可逆光二聚化在基质和润滑剂之间形成可逆化学键。在制备过程中，通过人工365 nm UV使润滑剂（CMoil）被锁定在基质（CMPU）中。在使用过程中，CMoil 通过日光中254 nm UV的作用从 CMPU 中解锁，并迁移到表面以增强润滑性。由于香豆素二聚体形成的环丁烷结构在热力学上不稳定，且日光中的254 nm UV含量少但具有更高能量的光子，二聚体容易跃迁到单体的低能级稳定结构，日光下光解聚占主导。因此，CmSLIPS 实现了润滑剂和基体之间的“锁定”和“解锁”模式的转换，并可按需调节表面润滑性和防污效果。在黑暗中，润滑剂停止解锁，但此时的低表面能表面足以应对较弱的生物污损。在白天，润滑剂不断解锁。表面润滑性得到持续增强，足以应对白天生物污损的持续旺盛生长。

图5 智能防污涂层的形貌、响应模式和实际浅海防污性能

        此外，“锁定”模式下的CmSLIPS避免了在恶劣的海洋环境（洋流冲击、浮冰磨损、长期浸泡等）中的润滑剂流失，有效提高了润滑剂的耐用性和使用寿命。除了润滑液的物理抗粘附屏障外，香豆素基团的优异抗菌膜形成性能进一步增强了 CmSLIPS的持久抗菌防污效果。该研究在SLIPS材料的润滑剂和基体之间引入香豆素的可逆化学键，以适应性地调节防污性能并减少润滑剂损耗。此外，CmSLIPS具有润滑性、表面稳定性、自洁性、抗蛋白、抗菌、抗藻、耐久性、自修复等优秀性能，并在海生物生长旺季具有150天的浅海防污性能。这些结果表明，CmSLIPS能够在恶劣的海洋环境中保持高效的防污性能，并证明了其在浅海设备上的应用潜力。以上研究工作以标题"Slippery Porous-Liquid-Infused Porous Surface (SPIPS) with On-Demand Responsive Switching Between “Defensive” And “Offensive” Antifouling Modes”和"P. pavoninus-Inspired Smart Slips Marine Antifouling Coating Based on Coumarin: Antifouling Durability and Adaptive Adjustability of Lubrication”分别发表在Advanced Materials、Advanced Functional Materials期刊上，通讯作者为浙江大学化学工程生物工程学院张庆华教授，合作单位有香港城市大学、中海油常州涂料研究院、西昌卫星发射中心等。

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