随着陆地资源的日趋减少，海洋资源的开发与利用已成为许多海洋国家的重要发展战略。然而，在海洋开发进程中，远洋船舶、海上平台、核电站、海洋牧场等不可避免地会遇到海洋生物污损问题，它是指海洋微生物、动植物在海洋装备与设施表面粘附、生长所形成的生物垢，其会降低船舶航行速度，加速海洋装备腐蚀，堵塞海水冷却管路，影响海洋养殖产量等，从而对海洋工业造成深刻影响。由于海洋环境复杂严苛、污损生物种类多样、环保法规日益严格，海洋防污一直是国际性难题，特别是静态、长效、生态友好防污，极具挑战性。长期以来，国内外开发了多种防污策略来应对海洋污损挑战，包括防污涂层法，机械清洗法、电解海水或超声波处理法等 。其中，使用防污涂层是目前最经济、有效、简便的方法。传统型防污涂层是利用材料中释放的防污剂如铜类化合物等来杀灭污损生物，尽管有效星火配资，但它们会带来环境和生态风险。 因此，研究 开发环境友好海洋防污体系十分重要。
华南理工大学海洋工程材料团队长期从事海洋先进防护高分子材料研究。借助于高分子材料创新设计，先后研制了针对船体、螺旋桨以及内海水系统的系列防污材料，相关技术已在各类船舶、海洋能源装备等规模化应用 (Adv. Mater. 2025, 37, 2413035; Adv. Funct. Mater. 2025, e25696; Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2508400; Prog. Polym. Sci. 2024, 154, 101840; Acc. Chem. Res. 2022, 55, 1586)。 最近，该团队系统总结了海洋防污高分子材料及其界面设计的最新进展，包括 化学动态表面防污材料、物理动态表面防污材料、污损脱附型防污材料、污损阻抗型防污材料和其它新兴防污材料等。
图1. 环境友好海洋防污体系及策略
“动态表面防污”策略是指不断发生化学或物理变化的表面可有效抑制污损生物的附着，表面变化越快，污损生物越少。项目团队首先利用自行搭建的数字全息显微镜，研究了可降解高分子涂层与海水界面附近海洋细菌的三维运动行为，证明了涂层表面降解（变化）速度越高，细菌越趋向于远离表面运动，在涂层表面粘附越少。该策略明确了动态表面对防污材料的重要性及必要性，为高性能防污材料的设计指明了方向，开辟了海洋防污的新路径。由此，衍生出化学动态表面防污材料和物理动态表面防污材料。 化学动态表面防污材料主要基于高分子可控降解反应实现，包括主链降解型、主链降解—侧链水解型(双解)以及最新一代的超支化双解型高分子基防污材料。它们在海洋环境中能形成可控的自更新“动态表面”，通过对降解速率、释放速率等因素的调控，可实现静态、长效、生态友好防污。 物理动态表面防污材料主要基于外部刺激下产生不稳定或可变形的界面实现，它们不仅使污损生物更难粘附，而且通过动态变形可促进已经附着在表面的污损生物脱附。目前 外源性刺激如电场或磁场已被用于制备动态表面防污材料，也得到很好的验证。但如何根据在航装备或者海上平台的服役特点设计制备物理动态表面防污材料，将具有更广泛的适用性。
图2. 化学动态表面防污材料星火配资
图3. 物理动态表面防污材料
污损脱附型防污材料是指与污损生物间粘附强度较弱的材料，通过水流冲刷或机械清除等物理作用即可达到防污目的。目前以柔性有机硅弹性体为主， 其核心为低表面能、高弹性、表面光滑等，使得污损生物不易于粘附或附着不牢。然而它们通常存在力学强度低、与基底附着力弱、静态防污能力差等问题。基于“刚柔并济”策略，通过有机-无机杂化方式将线型聚二甲基硅氧烷网络发展为体型聚硅氧烷高度交联网络，从而制备高强韧 “聚合物陶瓷”涂层，是污损脱附型防污材料发展的重要方向。该材料兼具有聚合 物和陶瓷的性质(即柔性陶瓷)，表现出高硬度、高附着力、耐磨性，在保持污损脱附性能的同时，可引入污损阻抗基团，并拓展到抗油、抗垢、抗冰等。进一步还可引入自修复或可回收功能，有望成为下一代海洋防污涂层。
图4. 污损脱附型防污材料优缺点
图5. “聚合物陶瓷”污损脱附型防污材料星火配资
污损阻抗型防污材料是指可抑制、阻止海生物附着生长的材料，通常为亲水性高分子，其表面可形成一层水化层，当生物靠近时要突破水化层才能与基体表面粘结，这就导致需要更多能量，因此降低了粘附的可能性。这类材料主要包括聚乙二醇、两性离子聚合物和水凝胶等，对蛋白质、海洋细菌、绿藻孢子和藤壶幼虫等的阻抗能力良好。然而，对于具有水化层的防污材料，如何实现亲水性和力学强度之间的平衡仍然具有挑战性。自生成两性离子聚合物与表面自富集策略等的出现提供了潜在解决方案。对于其它类型的污损阻抗策略，如 蛋白质基涂层和带电涂层，它们在海洋环境中的长期有效性还需要进一步研究。
图6. 污损阻抗型防污材料
除了以上防污材料外，新兴的防污策略（如天然防污剂、酶防污剂、紫外线照射）也在积极探索中。这些新兴方法旨在为海洋防污提供环境友好、经济高效和可扩展的解决方案。然后，这些新兴策略也需要新型高分子材料相互协同，例如要解决天然防污剂或酶防污剂在防污体系中的相容性、活性和可控释放，这就需要高分子材料的创新设计来实现。
图7. 新兴防污策略
综上所述，本文重点讨论了海洋防污高分子材料结构与性能之间的关系，然后探讨了当前海洋防污面临的挑战，并提出了可能解决方案。展望未来，海洋防污技术的趋势和重点是生态友好、长效、广谱、智能化。这需要多领域的交叉研究，如防污手段与智能检测的融合、防污材料与深度学习的融合等。该综述旨在为读者提供对海洋防污高分子材料和界面的全面了解，同时激发对新一代环境友好海洋防污体系的研究。相关工作以“ Leveraging Polymeric Design for Marine Anti-Biofouling: Mechanism, System, and Future”为题发表在《Advanced Materials》上，华南理工大学博士生黄印杰为本文第一作者，马春风教授为本文通讯作者。
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202518234
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