摘 要

随着航运业在国际贸易中地位的不断提高，也随着建设资源节约型、环境友好型船舶理想的提出，对船舶防污减阻的深入研究越来越迫在眉睫。船舶行驶在海水中一段时间，微生物和藻类会附着于船体表面，当微生物群积攒到一定程度，就会在船体表面形成一层难以去除的生物膜，这种生物污损会增大船舶行驶阻力，增加能耗，加快船体的腐蚀并缩短船舶寿命。目前主要的治理方法有物理法、化学法、生物法等，而制备低表面能的有机金属材料的方法由于能有效降低生物附着，并拥有更好的表面性能，在船舶防污减阻方面有着良好的应用前景。

本文叙述了低表面能生物有机金属材料的制备过程，并对完整反应后的材料表面性能进行分析，力求探索出最佳的表面改性的选材和方法。本文采用同一种序列但合成手法不同的肽分别与304不锈钢进行反应，通过完整反应后的样本与原始样本进行对比，得出结论：生物肽与不锈钢确实发生了反应并生成了某种新的物质，表面形貌发生明显变化，表面接触角有大幅度提升，且表面改性的程度与肽的合成手法无关。

关键词：生物污损；低表面能；表面改性；生物肽

Abstract

With the shipping industry continuously increasing in the international trade, and the ideal proposed on the ship of resource-saving and environment-friendly. In-depth study of the antifouling and drag reduction is looming ahead. The microorganisms and algae will be attached to the surface of the hull While the ship traveling foe a period of time at sea,. if the microorganisms accumulate to a certain extent, it will form a layer of biofilm which is difficult to remove on the surface of the hull. The biofouling will increase the running resistance and energy consumption of ship. Moreover, it also accelerate hull corrosion and shorten the life of the ship. Currently the main treatment methods included the physical, chemical, biological and so on. Due to reduce the biofouling effectively and have a better surface properties, the preparing method of low surface energy using the organic metal material has a good prospect in terms of drag reduction antifouling.

In this paper, it described the preparation processing of low surface energy bio-organic metallic materials. Surface properties of the material after the reaction were analyzed. it strived to explore the best surface modification and the most efficient way. In this paper, the same sequence but different synthesis techniques were adopted to react with 304 stainless steel. The original sample was compared with the sample that the reaction completed. We draw the conclusion as following, Biological peptides and stainless steel were reacted and generated some new material. The surface morphology has changed significantly and surface contact angle has enhanced greatly. Moreover, it has no relation between the degree of surface modification and the techniques of peptide synthesis.

Keywords: Biofouling；Low surface energy；Surface modification；Biological peptide

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 生物污损的形成过程及防生物污损的历史进展 1

1.2.1 生物污损的形成过程 1

1.2.2 防生物污损的历史进展 2

1.3 船舶防生物污损主要方法 2

1.3.1 物理防污法 2

1.3.2 化学防污法 3

1.3.3 生物防污法 3

1.4 低表面能生物有机金属材料的研究现状 3

第2章 低表面能生物有机金属材料性能分析及制备过程 5

2.1 材料表面相关性能分析 5

2.1.1 材料表面形貌分析 5

2.1.2 材料表面物质分析 5

2.1.3 材料表面接触角分析 6

2.2 实验基本流程 7

2.3 实验主要材料与仪器 8

2.4 实验具体步骤 12

2.4.1 304不锈钢表面的处理 12

2.4.2磷酸盐缓冲液的配置 12

2.4.3生物肽溶液的配置 13

2.4.4相互反应过程 13

2.4.5 样品特性分析 13

第3章 生物有机金属材料表面特征分析 15

3.1 表面物质测定与分析 15

3.2 表面形貌测定与分析 17

3.3 表面接触角测定与分析 20

3.4 本章小结 22

第4章 结论及展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究的目的与意义

随着航运业在国际贸易中地位的提高和建设资源节约型、环境友好型船舶的理想的提出，国家海事组织（IMO）对船舶防污损的要求变得越来越高，迫切的需要越来越多的学者着手于生物防污。我国拥有广阔的海域，在海域上航行的船舶众多，船舶表面的生物污损会使航行过程中消耗较多的能量，它不仅会增加船体的重量、减少实际载荷、增大航行阻力、降低航速，研究发现船底表面的生物污损面积越大，耗油量越多。当面积增大5%时，耗油量增加10%；当面积增加50%时，耗油量增加40% ^[1]。船舶污损还会迫使船舶进坞变得更加频繁，缩短使用寿命。此外，有些附着物的代谢产物能加快腐蚀，附着物的自由流动也可能引发生物入侵。因此减少船舶表面的生物污损有着及其重要的意义。

研究表明，材料表面防污难度极大程度上取决于材料的表面能。低表面能材料相对于高表面能材料有更好的降低生物污损的性能，它更易于减少污损生物的附着或使污损生物脱落^[2]。近年来，除了利用多种方法来降低材料表面能，国内外学者还发现通过微生物菌毛分泌的某种蛋白与金属材料发生特殊反应产生的生物有机金属材料，可使生物肽在金属表面粘附生长，采用这种方式生成的新的生物有机金属材料，可以降低金属的表面能，提高金属表面疏水性，且相比原始材料，其韧性、硬度和耐腐蚀性都有所提升。生物肽对很多金属材料都有较强的亲和力，且在许多材料表面有较高的结合生长效率，现在大多数的研究只着眼在几种基本金属材料上，对肽的选择和反应时间的理论研究还不成熟，通过国内外专家学者的持续关注，和对更多生物有机金属材料的实验检验与性能分析，不久的将来低表面能生物有机金属材料定能对船舶的防污减阻起到更加积极的作用。

1.2 生物污损的形成过程及防生物污损的历史进展