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  海洋生物如鯊魚(yú)、海豚等可以在極低阻力下快速游動(dòng)，且身體不被其他海洋生物、微生物所附著，其身體機(jī)能與自身結(jié)構(gòu)將減阻與防污性能發(fā)揮得淋漓盡致。海洋生物的游行阻力低主要由于以下幾方面因素：身體具有流線型且表皮具有織構(gòu)化結(jié)構(gòu)；其自身分泌粘液驅(qū)趕附著生物，同時(shí)降低運(yùn)動(dòng)過(guò)程中水的剪切力。

  在薛群基院士承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“海洋航體表面設(shè)計(jì)與仿生減阻機(jī)理（51335010）”支持下，中國(guó)科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，在表面微結(jié)構(gòu)、表面能對(duì)水阻的影響機(jī)制方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。利用3D打印技術(shù)獲得了具有仿鯊魚(yú)皮結(jié)構(gòu)的平板試樣，通過(guò)計(jì)算模擬、流場(chǎng)分析和微型水洞實(shí)驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)水流在鯊魚(yú)皮微結(jié)構(gòu)中會(huì)形成微渦流；當(dāng)微結(jié)構(gòu)的寬度和深寬比達(dá)到一定值時(shí)，產(chǎn)生的微渦流能有效降低水流的摩擦阻力。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了微渦流減阻機(jī)理；基于微渦流減阻機(jī)理，設(shè)計(jì)了具有微孔結(jié)構(gòu)的親水涂層，實(shí)現(xiàn)了10%左右的減阻效果（http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.03.048）。另外，受海洋生物表皮粘液減阻的啟發(fā)，實(shí)驗(yàn)室利用電沉積（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6 (2): 1053–1060）和水熱法，在網(wǎng)狀金屬表面制備親油疏水微納織構(gòu)，并通過(guò)織構(gòu)對(duì)半固態(tài)石蠟進(jìn)行儲(chǔ)存，獲得的類(lèi)粘液覆蓋表層，其減阻效果可達(dá)到30%以上（Scientific Reports, doi:10.1038/srep40038）。

圖1 類(lèi)粘液覆蓋鯊魚(yú)皮結(jié)構(gòu)

  基于以上研究結(jié)果，海洋環(huán)境材料團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了低阻力水上溢油回收裝置，實(shí)現(xiàn)在水上高效的溢油回收（ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7 (47): 26184–26194；《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2016-05-23，第6版）；通過(guò)編織等技術(shù)設(shè)計(jì)的低表面能微織構(gòu)蒙皮，正在快艇等裝備上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

圖2 低阻力溢油回收裝置

  論文鏈接：

  https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.03.048

  https://www.nature.com/articles/srep40038