摘 要

近年来，海洋污损生物在船舶表面的附着的污损问题一直受到研究人员的普遍关注，船舶的载重量、航行速度、燃油以及滑油的消耗量等都会受到海洋污损生物的附着在船舶表面的影响。物体材料其表面微结构的差异能够对材料表面的防污能力造成影响，这一观点得到了研究者的普遍的认可。贝壳是一种生存在海洋中的生物，必然会受到海洋污损生物的附着，但不同种类的贝壳表面的微生附着情况各异。本文从贝壳表面形貌测量的研究入手，建立描述贝壳表面特征参数体系，分析比较了不同种类的贝壳以及贝壳表面的不同位置特征参数的异同，从几个方面说明结构防污机理的机制，为海洋贝壳表面微结构防污机理的研究提供基础。

论文选取日本镜蛤，华贵栉孔扇贝和魁酣三种具有不同防污特性的海洋贝壳作为研究的对象，采用基恩士公司的超景深三维显示系统作为测量的仪器。选取正斜率与反斜率、上夹角与下夹角、上斜线长和下斜线长作为描述贝壳表面形貌的三种参数，从这三种参数出发，对贝壳的防污机理进行了初步分析。

关键字：生物污损；船舶防污；贝壳；结构仿生防污；表面微结构防污

Abstract

In recent years, the problem of marine fouling organisms attached to the surface of the ship has been widespread concern of researchers,Ships loading, speed, fuel and oil consumption and this will affect the adhesion by marine fouling organisms.Difference object surface microstructure can affect the ability of anti-fouling surface, this view has been widely recognized by researchers.As a living creature of ocean,shells will be affected by marine fouling organisms attached to pollution.But the situation of biofouling is different with different kind of shells surface.This article start with studies the shell surface topography measurements , establishment of shell surface texture parameters to describe the system,Analysis and comparison of the similarities and differences of different shells and the characteristics of different locations of shell, from some aspects described the institutional structure of antifouling mechanism, Provide a basis for the study of marine shell surface microstructure antifouling mechanism.

This article select three kinds of sea shells which have different charactreistics of antifouling properties as the object of study , including Mimachlamys nobilis , Dosinorbis japonica and scapharca broughtonii.Ultra-depth three-dimensional display system of Keanes as a measuring instrument.Choosing the positive slope and counter slope,the upper angle and lower angle, upper slash and lower slash as the shell surface topography describe three parameters.starting from the three parameters, antifouling mechanism shells were studied.

Key words：biofouling；antifouling；shell；bionic antifouling；surface microstructure antifouling

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 论文的研究背景 1

1.1.1 生物污损的现状 1

1.1.2 传统防污方法的局限 1

1.1.3 表面微结构防污的益处 1

1.2 国内外动态 2

1.2.1 防污涂料的发展过程 2

1.2.2 生物防污法 2

1.2.4 表面微结构的测量 3

1.2.5 表面形貌方法的评定 3

1.3 内容与技术路线 4

1.3.2 技术路线 4

第2章 贝壳表面形貌的测量 6

2.1 贝壳表面形貌测量的意义 6

2.2 测量的仪器及测量的对象 6

2.2.1 超景深三维显示系统 6

2.2.2 测量的对象 7

2.3 测量的过程 8

2.3.1 贝壳测量的位置 8

2.3.2 测量的步骤 9

2.3.3 贝壳表面参数的测量 10

2.4 贝壳表面形三维表面形貌的校正 11

2.5 本章小结 12

第3章 贝壳表面形貌的评定方法 13

3.1 贝壳表面形貌评定的意义 13

3.2 贝壳表面形貌 13

3.3 贝壳表面特征参数及其定义 13

3.3.1 正斜率与反斜率 14

3.3.2 上夹角与下夹角 14

3.3.3 上斜线长与下斜线长 15

3.4 本章小结 15

第4章 贝壳表面特征参数的对比 16

4.1 贝壳表面特征参数对比 16

4.1.1 高度、波峰间距和波谷间距的对比 16

4.1.2 正斜率与反斜率的对比 17

4.1.3 上夹角与下夹角的对比 18

4.1.4 上斜线长与下斜线长的对比 19

第5章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景

1.1.1 生物污损的现状

附着于船舶和海洋设备表面的所有生物称为污损生物，这些污损生物附着在海洋设备表面，给人类从事海洋活动带来危害的称为生物污损，人类开始从事海洋开拓、利用就碰到的生物损害，防治生物污损的方法称为防污。

生物污损会给海洋设备和船舶带来非常大的危害，媒体曾经报道过：在二零零三年，我国的一艘潜艇在公海内行驶，根据追踪拍到的照片，可以清楚的看到这海军的艘潜艇的表面有很多的红色斑点，其表面还有很多的红色附着物。

海洋生物的污损很难计算。早在二十世纪七十年代年左右，在美国海域，其海军就因为海洋生物污损，花费的费用超出了2亿美金；在二战期间，每月提高3%的燃料费用用来补足海洋生物污损所造成的重大损失；修理海岸码头、浮标和海底设备以及海洋平台，每年的费用超过了2亿美金。船舶、海洋里的设备会受到海水腐蚀和海洋生物的污损两个严峻的挑战，美国因为海洋微生物引起的腐蚀，每年消失的金属超过了五十亿美金。据统计，全世界各个国家每一年仅因为生物污损给水下工程设备和海洋舰船造成的经济损失达到百亿美金以上。假如一艘万吨级的远洋船舶百分之十左右的表面被生物污损，会带来一百多万美金的直接经济损失^[21]。

1.1.2 传统防污方法的局限

在舰船和海洋工程材料的表面涂敷有机锡和氧化亚铜防污涂料是传统防污的主要方法，到目前为止，除生物污损最有效的方法是涂装防污材料。有机锡会在鱼类和贝类等体内积累，并且非常可能进入食物链，进而会影响海洋生态。在二零零八年，国际海洋组织已经全面禁止在防污的材料中使用有机锡。目前，含有氧化亚铜类防污剂的防污涂料在防污涂料中占主导地位，虽然铜元素的毒性相材料的有机锡含量较低，但是，铜元素仍然会导致海藻类等生物死亡，将会破坏生态环境，在国际协定中，已限制铜元素在防污涂料中的使用量。因此，绿色的防污涂料发展向着无毒害、不破坏环境和环保的方向发展^[14]。

1.1.3 表面微结构防污的益处

传统防污方法对于海洋生物都具有一定的危害，不能达到人们对于理想防污的要求。所以，人们迫切需要一种环保、高效的防污涂料来替代有机锡防这种污涂料，用来满足海洋工程和材料防污的需求。

海洋中的很多生物是通过环境友好型的方法来防表面污染，自身的表面防污方式很严密，具有普遍性和高效性的特点，因此可以在保护环境的前提下，模仿海洋防污生物表面微结构以防止海洋微生物的附着必将成为克服传统方法缺陷的一种新方法。结构仿生防污的关键是模仿生物表面的微结构，表面微结构防防污方法对于海洋没有污染，不会破坏生态环境，对于资源循环也有很大益处。有效防污期长、经济性好等优势是微表面结构防污最大的特点^[9]。

1.2 国内外动态

1.2.1 防污涂料的发展过程

早在两千多年以前，已经意识到海洋生物污损对船体安全的重大损害，因此，在两千多年前就开始了防污的研究。将蜡状等覆盖物涂在浸没的船只的船体壳上是最早采取的防污方法，有的采用砷和硫磺两者的混合物。1600年以后，木是船体的主要原料，运用最广泛的防污涂料是含铅涂覆物，直到1620年，防污损涂料开始使用含铜的涂覆物，在1780年代以后，在英国，其舰船开始普遍应用含有铜的防污涂料。后来，船体的主要原料由木质材料变成铁质材料，因为含铜的防污涂料对铁具有很强的腐蚀性，所以不能再继续使用含铜的防污涂料。在十九世纪后半叶，很多种海洋防污涂料开始迅速成长起来，其中最主要的是能够析出有毒防污剂的聚合物漆防污涂料。而后，很多国家对于海防污涂料进行很深入研究和改善，但是防污涂料的防污有用期效短、很难固化、涂装用时非常长等很多问题长期困扰着各国的研究人员，直到二十世纪中期，发明了一种光谱高毒性防污涂料，使防污涂料的有效期大大增长，为各国的海上运输和军事等节约了很大的开销。到了1980年以后，研究人员发现含有机锡的防污剂特别是含有机锡氧化物的防污涂料使用对牡蛎、海 鱼类等的生长有很大的影响，并且会损害很多鱼类等海生物的免疫系统，因此，很多国一步步开始采取措施以用来减少使用含有有机锡的防污涂料。国际海事组织（IMO）已经全面禁止使用有机锡防污涂料，并在2008年完全禁止使用。所以，发展高效无毒安全的防污涂料是近几年对船舶防污涂料的重点研究对象^[1]。

1.2.2 生物防污法

采用海洋生物的活性物质作防污原料以防止海洋污损生物附着在船体和海洋设备等的表面称为生物防污法。有机酸、无机酸和萜类以及酚类等一些自然的化合物具有防污作用的生物活性物质。某些生物生活在海洋中，几乎没有被微生物污损，例如红枣、鲨鱼和海绵等，可以从这些海洋生物中提取有效的活性物质以减少甚至防止海洋设施表面受到污损，取得了非常好的成效。但是这些海洋生物防污机理多种多样，包括压制附着、压制变态、滋扰神经传输（可恢复性麻痹）和趋避作用等。到现在为止，生物防污法还在进行试验，最大的困扰是这些生物活性物质进入海水就会迅速的释放出去，使其效果变得很差。因此，开拓能够具有缓释作用的生物活性物质的防污技术是发展的主要方向，以便让这项技术尽快应用于实际生产中^[10]。