基于流体阻力调控的特殊润湿界面生物污损防止

题名	基于流体阻力调控的特殊润湿界面生物污损防止
作者	杨武芳
答辩日期	2018-05-22
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	周峰
关键词	海洋防污流体减阻水化效应界面电荷效应特殊润湿性 Marine antifouling Drag reduction Hydration effect Interface charge effect Special wettability
学位名称	理学博士
其他题名	无
学位专业	物理化学
英文摘要	我国是一个海洋大国，实现海洋资源高值利用为国家亟需。然而海洋资源开发利用受到诸多因素的限制，其中以海洋工程装备防护为其中的难题之一。尤其是受海生物污损、流体阻力的影响，海洋装备防护和运行的困难大大增加。鉴于此，本论文首先综述了几年来国内外研究人员对于海洋防污技术及流体摩擦阻力降低领域的主要研究进展，并主要关注仿生制备具有不同润湿特性的界面，考察有机小分子/蛋白/细胞/海洋生物等的附着问题，阐明海洋污染物在液-固界面粘附的基本物理化学问题。探究固液界面摩擦阻力的调控，阐明不同润湿界面的固-液耦合机制及流体减阻行为机制。为相关基础研究提供必要的理论支撑，为制备具有良好广谱抗菌防污兼具低剪切阻力的新型环境友好型涂层提供技术支撑。其主要研究内容和结论如下： 1.通过自由基聚合制备了亲水/疏水丙烯酸树脂，与防污剂复合制备涂层分别在静态和动态条件下考察界面润湿性与微生物粘附的直接联系，得到关于特殊润湿界面基本物理化学性质与生物污损之间的内在机制。继而研究流体摩擦阻力与界面润湿性的固-液耦合机制，提出具有稳定水化层厚度的超亲水聚合物涂层构筑方式来实现抗生物污损及界面效应减阻构想，分别发展出适用于水、油及有机相的减阻基底制备方法及其相应减阻调控。 2.通过室温自由基聚合制备了不同界面电荷特性的亲水性聚乙烯醇（PVP）互穿聚合物网络结构。分别研究静态生物污损条件下界面亲水效应与电荷协同的抗绿藻及硅藻微生物污损行为，最后通过海洋挂片的方式对实验结论进行验证。通过对亲水界面电荷效应与微生物粘附之间相互作用关系的讨论，提出具有增强界面水化效应的电荷组分筛选基本规律，具体如下：阴离子型、两性离子型及电中性组分可明显改善亲水界面抗微生物粘附的性能；而具有界面正电荷富集效应的阳离子组分复合亲水界面，其微生物粘附性能明显受到界面电荷密度的影响。 3.通过表面引发聚合制备具有不同聚合物链长度和链接枝密度的电中性亲水聚合物刷，以不同链长度和链接枝密度的聚合物刷在水介质中所具有不同溶胀状态模拟界面不同的水化层效应，并以此研究界面水化效应、水化层厚度及稳定性对界面小分子、蛋白及微生物粘附的影响机制。研究发现，具有热力学稳定特性的水化效应结合水化层厚度可以明显抑制了小分子、蛋白及藻类等微生物的粘附，表现出优异的水下自清洁特性。 4.通过自由基溶液聚合，分别制备了不同润湿特性及两性离子协同的低毒/无毒型海洋防污减阻涂层。通过海洋挂片实验及与国际某品牌防污剂进行对比，证明所制备系列涂层防污效果与市售防污涂层性能相当，均具有一定周期的抗生物污损特性，为新型兼具减阻、防污功能的低毒/无毒航行体用涂层的实际应用提供了技术支持和理论依据。
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.licp.cn/handle/362003/25282]
专题	中国科学院兰州化学物理研究所
作者单位	1.中国科学院大学 2.中国科学院兰州化学物理研究所;
推荐引用方式 GB/T 7714	杨武芳. 基于流体阻力调控的特殊润湿界面生物污损防止[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018.