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
I.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。
II. 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。
原文链接如下：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308972
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310702
III.浙江大学张庆华教授研究团队简介
浙江大学张庆华教授研究团队长期从事仿生界面功能材料的设计制备与应用研究，构筑了一系列新型仿生界面功能材料，基于多尺度结构的二元协同效应与精确调控，实现了材料表面物理化学性能的显著提升，拓展了在自清洁涂层、分离膜、海洋防污与新能源等领域的应用。在JACS; AIChE J; Angew; AM; AFM期刊上发表学术论文160余篇（包括邀请综述及专题论文），论文总被引用超过5000次，H因子为45。获中国发明专利70余项，PCT专利2项。已主持完成包括国家重点基金、浙江省重大科技专项等项目30余项；成果获江苏省科学技术奖一等奖、中国化工学会技术发明一等奖等省部级奖励6项，获中国专利优秀奖、日内瓦国际发明奖等专利成果奖4项。
图6浙江大学张庆华教授团队合影
张庆华教授团队在海洋防污涂料的产业化领域也具有深入和系统性的研究和开发，经过近20年技术协同攻关，突破氟硅超浸润材料在工程化应用过程中存在的规模化制备、表界面结构与力学性能强化、应用耐久性、成本高等关键问题，形成了具有完全自主知识产权的产品化技术体系。张庆华教授团队提出了多机制协同的防污理念，利用含氟链段低表面能污损脱附作用、高效抗菌基团的接触式杀菌作用以及有机硅柔弹性抗污作用，达到高效长寿命防污自清洁目标，不会对生态环境造成不良影响，具有静态、动态长效无毒的防污功能涂层，可在各种不同海洋装备、船舶表面获得长效环保型自清洁防污效果，适应于各种动态与静态装置的高性能防污。该制备技术工艺简单、实用性强，可用于各种海洋工程设施、运输船舶、海上风电、海产养殖等领域，为海工装备穿上了环保防护服。
开发的环保型多功能氟硅防污涂层材料产品，适应了当前对高端装备与海洋工程设施的防护需求，打破了长寿命高效海洋防污涂层材料长期依赖进口的局面，在国家重大海洋工程装备科技支撑与医疗健康保障等方面社会效益显著。该专利技术在新结构氟硅基海洋涂层材料的分子设计方面创新性强，有效促进了我国氟硅新材料产业与界面防护技术的创新发展，为我国海洋新材料产业的技术转型升级、高端装备的安全可靠运行提供了保障。基于该专利技术研制的多功能海洋防腐防污涂层材料成功应用于秦山核电站、舟山跨海大桥、国家储油基地等的防护。而具有高效防污减阻性能的多功能海洋防污涂料不仅有效保障了海洋工程装备的服役安全，满足海洋工程及装备对高性能海洋防护技术的需求，为高性能海洋装备保驾护航，为我国海洋资源的开发和海洋强国战略的实施提供保障。研究成果对海洋运输行业节能降耗、碳减排也产生了显著积极性影响，基于该技术的新型海洋涂料产品，已经涂装于各类船舶数百艘，减少碳排放数十万吨，对于国家“双碳计划”的顺利实现意义重大。
图5团队研制的防污涂层的生产与应用过程
V. 浙江大学衢州研究院新能源材料研究所与氟硅新材料团队招收多名博士后与研究人员
1.研究方向：
（1）仿生多尺度界面功能材料、氟硅多功能涂层材料、仿生超浸润自清洁材料。
（2）新能源材料的设计、构筑与应用，全固态电池技术、固态电解质与粘结剂，钠电材料。
2.应聘条件：
已获得或者即将国内外知名大学材料化学、化工、高分子、能源化学、纳米科学和材料物理与化学等方向博士学位，具有较强的独立开展科研工作的能力，严谨的科研态度，良好团队协作和吃苦耐劳精神，在相关领域发表过2-3篇高质量的SCI论文。
3.岗位待遇：
（1）科研人员
方向：①锂/钠电正极、电解液/锂盐、固态电解质、粘结剂，液流电池、太阳能电池等新能源材料方向；② 氟硅树脂，功能涂料，聚合反应工程，化学工程与技术等
科研支持经费：150-200万
年薪：20-30万
安家补助、购房补贴：衢州市域外引进的博士研究生学历人才，在衢州市区内购买首套住房，可享受160万元安家补助、购房补贴
人才津贴：按照衢州市有关人才政策执行
子女教育：按照衢州市有关政策安排就读学校（幼儿园）
兼聘：可申请浙江大学兼任教师
（2）博士后（化学、化工、材料、能源、高分子等均可）
薪酬：年薪大于40万（基本工资+衢州市博士后津贴免税25万）
工作业绩突出、满足研究院公开招聘科研人员任职条件者，出站后可优先聘用到浙江大学衢州研究院科研岗位工作，享有相应引进人才待遇：安家补助、购房补贴（共160万元）和人才津贴等。
4.联系方式：
联系人：宋老师
E-mail: 124180266@qq.com
请应聘者将个人简历与应聘资料发送至联系人电子信箱。
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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