海洋水下光学窗口防污技术开发

摘要

现代海洋学中,光学设备,例如传感器、相机和海底照明灯等,已被广泛用于原位环境数据的获得,如浊度、荧光度和视觉影像等.然而,光学器件处于海水中将在短时间内被生物膜所覆盖,之后宏观生物群落也会形成.光学窗口上海洋生物的积累会影响光学设备的检测精度及性能,因此有必要开发海洋水下光学窗口防污技术.本研究利用交联高分子溶胀的原理，以正构烷烃浸泡聚二甲基硅氧烷(PDMS)的方法成功制备了一种仿生超滑表面。在此基础上，对比研究了溶剂的烷基链长度对仿生超滑表面的溶胀率、动态润湿性、水下光透过率、自修复速率以及防污性能的影响。研究发现：相较于具有长烷基链的烷烃分子，具有短烷基链的烷烃分子更容易渗入PDMS分子链之间，使仿生超滑表面获得更大的溶胀率；水滴在仿生超滑表面的滑动速度与溶剂的烷基链长度（具有更长烷基链的烷烃具有更大的运动粘度）呈负相关；溶剂渗入PDMS分子链之间，提高了仿生超滑表面的水下光透过率；具有更短烷基链的烷烃分子更容易在PDMS分子链之间渗出到表面上，因此溶剂为短烷基链烷烃的仿生超滑表面能够更快地完成自修复；由于粘度的原因，短烷基链烷烃作为溶剂的仿生超滑表面表现出更好的防污性能。细菌附着实验的结果表明，经过含细菌海水14天的浸泡，相较于玻璃以及PDMS，所制备的仿生超滑表面能够有效抑制细菌的附着，保持较高的水下光透过率，且水下光透过率的降低速率明显低于玻璃以及PDMS，进而实现了水下光学窗口防污。上述研究结果为海洋水下光学窗口防污技术的开发提供了新的思路。