生物仿生技术是什么 超疏水涂层是什么

近年来，海底隧道、跨海大桥、海上风电和人工岛礁为代表的海洋工程基础设施发展迅猛。潮起潮落和浪花飞溅，是一道美丽的风景线，但对于海洋工程来说却是造成腐蚀的“毒药”。

海底隧道往往长期面临着岩体围压和海水静压作用，海水经由纵横交错的接缝渗入，进而引起管片构件材料和结构衰退;混凝土桥墩则面临着海水飞溅区的干湿交替环境，复杂、恶劣的海洋环境促使氯离子向钢筋渗透，导致钢筋锈蚀。

海洋环境通常可按其对结构的作用区域不同划分为大气区、浪溅区、潮汐区和水下区，这些区域的腐蚀条件、腐蚀特征和腐蚀速率各不相同。其中，浪溅区和潮汐区对构筑物腐蚀最为严重，是控制跨海大桥服役寿命的关键区域。数据显示，海洋工程中的钢结构腐蚀失效现象，有20%是由微生物活动引起。微生物腐蚀给海洋资源开发与利用造成巨大的阻碍。

为了解决海洋工程受腐蚀严重的难题，科学家从自然界植物和动物生长特性受到了启发。

自然界中许多动植物具有极难被水沾湿的表面，这种特性叫作超疏水性，如荷叶表面、蝴蝶翅膀等。通过对这些天然超疏水表面研究发现，它们具有超疏水性的原因是表面具有粗糙的微纳米结构和蜡质层。所以，控制材料表面的化学成分和表面形貌能有效控制材料表面的疏水性，这为人工制备超疏水涂层提供了理论依据和设计思路。根据荷叶超疏水表面的结构特点，采用仿生的方法，以聚硅氧烷为原料制备分散，结合组分间的相分离作用和自组装技术，采用喷涂或刷涂的方法，可获得与荷叶表面粗糙结构相类似的二氧化硅或聚硅氧烷仿生超疏水涂层。

基于仿生学理论，科研人员采用溶胶凝胶法和表面修饰技术，在混凝土表层构建硅烷二氧化硅溶胶或硅烷氧化石墨烯超疏水涂层，探索超疏水涂层在混凝土表面的反应过程与形成规律，实现对混凝土表层化学组成与微观结构的可控调节。

研究表明，材料表面生物膜的形成是微生物腐蚀发生的关键。目前预防和减少海洋微生物腐蚀最经济、有效的方法是采用涂料涂层，其中利用涂层的超疏水性能来抑制浮游微生物的附着以及细菌生物膜的形成，进而有效缓解由微生物导致的腐蚀。在超疏水涂层中，具有特殊黏附性能的功能化涂层已经引起研究者的广泛关注，其表面形貌(粗糙度)和化学成分决定了水滴在超疏水涂层表面的黏附性能。

通过研究超疏水涂层对海洋微生物在混凝土表面黏附行为的影响机理和规律，可深入探讨超疏水涂层对海洋微生物腐蚀动力学的影响机制，建立超疏水涂层微结构与防生物腐蚀作用的定量关系，可为保障海洋工程混凝土结构安全及长寿命运行提供理论依据与技术支撑。

(作者系青岛理工大学教授)