一种基于鲨鱼皮原理研制的新型环保船体涂层材料或许很快就将帮助美国海军提高舰艇的航速,同时还可节省燃料。
这种材料并不需要涂在发动机附近区域。涂层区仅限于吃水线以下的船体。由于这部分船体上附着很多海藻及其他海洋生物,它们干扰了舰艇的航行
,不仅使得航速降低,还降低了船只的机动性。
美国海军研究中心物理科学部负责环境质量项目的官员史蒂芬·麦克埃瓦尼说,为舰只提供动力每年要消耗美国海军5.5亿到6亿美元,而在克服附着在船体上的海洋生物对舰艇造成的阻力方面,至少要消耗5000万美元。
现有的防污涂料,像三丁基锡(TBT),可杀死附着在船体上的海藻等生物,但TBT是被国际海事组织严格禁止使用的。加拿大世界野生动物基金会的科学家苏斯安·萨尼格说,TBT会导致牡蛎和蜗牛产生畸形变异。这种化学物质还会在鱼类、海洋鸟类以及海洋哺乳动物的体内积聚,严重损害它们的生殖和免疫系统。
为找到一种驱走海藻而不是杀死它们的方法,美国佛罗里达大学的物质科学和工程学教授安东尼·布伦安和他的同事将目光转向自然。尽管鲨鱼一生都生活在水下,但它们并不会遇到海藻或其他海洋生物体缠身的困扰。科学家发现,鲨鱼皮是由微小的矩形鳞片组成,在这些鳞片上覆有刺状突起或刚毛。因此,它们的皮摸起来有一种粗糙感。鲨鱼皮的这种不规则表面使植物孢子很难附着在上面,海藻或其他植物也就无法生长。布伦安说:“这就如同在一个参差不齐的钉床上行走。”
利用一种塑料与橡胶合成的涂层材料,布伦安复制出一种“鲨鱼皮”。这种涂层材料是由数百万个微小的钻石状突起“鳞片”构成,这种微小鳞片只有借助显微镜才能观察到。每个小“钻石”长15微米,并包含有7个肋状突起。在实验室所进行的实验表明,这种涂层材料可使在船体上安家的一种叫做石莼的孢子减少90%。石莼是一种常见的有害海藻,在船体两侧位置经常可以看到。布伦安说:“现在孢子仅有的落脚点是鳞片上存在缺陷的位置。”
设计这种涂层材料是基于以下事实,即在海藻的孢子将自己黏结在船体上之前,它们都要“检查”一下船体的表面。麦克埃瓦尼称这种涂层材料是一种“魔力物质”,因为孢子不喜欢这种表面,转而寻找其他合适的栖息地。
但以一种式样的涂层材料对付所有海洋生物显然是不够的。布伦安说:“海洋植物的孢子具有惊人的适应能力,它们会改变形状然后将自己附着在船体表面。”鲨鱼可以很容易对付这种情况,因为它们在游动时身体上的鳞片会移动并发生弯曲。在对这种涂层材料进行研究时,布伦安和他的同事已经使这种钻石状式样的鳞片在一种低能电流的作用下保持动态。随着电流强度的变化,这种船体表面的肋状突起会随之膨胀和收缩,从而使它们在船体表面不断进行伸缩运动。这种运动还可以防止淤泥和其他漂浮物在船体上积聚。
这种动态涂层材料目前已经进入试验阶段。麦克埃瓦尼说,要真正把这种新型船体涂料投入使用还需时日,但目前,从基础实验中他们已经获得了它在防污方面所具有的惊人效果。▲(任秋凌)
责任编辑:屠筱茵