抑制硅藻污损的界面效应研究

海洋生物对船体表面的污损是船舶运输业、海军舰船等面临的重大技术问题，其研究具有重要的经济和军事意义。海洋生物附着按时间顺序主要分为微生物初级附着、微生物深度附着和宏观海洋生物附着，因此阻止微生物初级附着即可极大程度实现海洋生物附着的抑制。硅藻附着在微生物附着中占主导地位，研究拟以硅藻初级附着为研究对象，通过对硅藻与壁面间的相互作用力的控制，实现硅藻附着的抑制。首先，拟通过硅藻吸附组织的识别及吸附过程的动态分析，获得硅藻吸附组织结构及其吸附与运动机制；其次，拟通过硅藻与壁面间相互作用的力学分析，获得硅藻吸附与固壁表面物理、几何特性的关联性和附着机理；然后，基于吸附机理的研究结果，提出界面效应抑制硅藻污染的表面物理和形貌设计准则；最后，进行表面形貌加工和改性，完成抑制技术的试验验证。

海洋生物对船体表面的污损是船舶运输业、海军舰船等面临的重大技术问题，其研究具有重要的经济和军事意义。海洋生物附着按时间顺序主要分为微生物初级附着、微生物深度附着和宏观海洋生物附着，因此阻止微生物初级附着即可极大程度实现海洋生物附着的抑制。研究以典型海洋底栖硅藻Navicula sp.为研究对象，着重研究了硅藻的爬行和吸附机理，并基于其粘附机理发展了一种有效绿色防止硅藻污损的涂层技术。主要的成果有：.1）通过硅藻结构及其力学性能的研究，获得了，发现了硅藻的吸附组织结构和外壳的良好弯曲能力。硅壳的这种弯曲能力归因于硅壳的三维多孔纳米结构，它是硅藻适应环境的进化结果。.2）在硅藻与壁面的趋近过程的研究中发现，相对各种表面力，硅藻周期性自主沉浮是其趋近壁面的主要途径，这修正了硅藻被动趋近壁面的传统观点。.3）就硅藻在固壁表面上的爬行机理，基于对爬行硅藻爬行组织的显微分析和粘液的力学分析，提出了全新的硅藻爬行模型，该模型揭示了硅藻爬行过程的力学本质，解释了传统模型所不能解释的现象。.4）在硅藻附着的生物学行为和界面力学特性的研究中，首先通过仿真硅藻的爬行与附着过程，验证了爬行硅藻间存在群体感知，揭示了导致硅藻附着聚集性的主要原因是细胞间的感知、细胞的繁殖分裂以及细胞粘液的粘着力。.5）硅藻附着的界面力学分析表明，硅藻分泌的粘液是硅藻实现附着的关键。粘液特性和附着结果分析表明，硅藻的附着与固壁表面能不成直接显著线性相关，而与表面能的极性项显著线性关系。.6）组织结构及行为分析表明，硅藻爬行组织与叶绿体间存在空间竞争关系。基于光照对叶绿体形态的影响，进而影响爬行组织结构和硅藻的附着能力，详细研究了光照形式、强度、波长等对硅藻附着的影响，获得了基于光照控制的硅藻防污方法。最后，结合界面力和光照研究的结果，研发了一种新型夜光粉复合涂层。