随着深海资源开发与装备部署不断深入，海洋工程正全面进入全海深（Full-Ocean-Depth, FOD）作业时代。然而，全海深环境下极高的静水压、高盐度以及复杂生物种类，使得装备表面防护面临前所未有的挑战。目前，多层复合型防护体系往往存在界面剥离、功能衰减等问题，难以满足极端环境下长期服役的需求。如何在单一涂层中实现防污与防腐的协同保护，已成为该领域的一项重要的科学难题。

  近日，中国科学院宁波材料所海洋关键材料全国重点实验室薛群基院士、王立平研究员团队在国际知名期刊《ACS Nano》（IF=16）上发表了题为“Full-Ocean-Depth-Oriented Poly(oxime-urethane) Coating: Construction and Protective Mechanism for Integrated Antifouling and Anticorrosion”的研究论文。该工作首次构筑了面向全海深极端环境的一体化聚肟氨酯（PUDF）防护涂层，系统揭示了其本征深防污与抗耦合腐蚀机制，为全海深装备的长期安全服役提供了新型解决方案。中国科学院宁波材料所/宁波大学联合培养硕士研究生张鹏和宁波材料所助理研究员田澍博士为论文的共同第一作者，宁波材料所卢光明高级工程师和王立平研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院基础与交叉前沿科研（B类）/关键核心技术攻坚（C类）先导专项、浙江省博士后择优资助、高端装备涂料全国重点实验室开放基金等项目的资助。

  研究团队通过在聚氨酯结构中引入呋喃肟酯链段（DFFD）赋予涂层本征防污能力，并通过共价交联引入高极性官能化石墨烯片层（GO-COOH）实现界面增强与二维屏蔽作用。构筑了兼具防污/防腐性能的全海深一体化聚肟氨酯防护涂层（图1）。

图1全海深耦合损伤环境挑战及一体化防护涂层的设计思路

  GO-COOH与PUDF通过共价结合形成稳定界面结构，不仅有效改善了聚肟氨酯基体中二维片层的分散性，还增强了其微相分离程度，从而显著提升了涂层的力学性能（拉伸强度12.3 MPa）。同时，引入高极性官能团有效提升了涂层与金属基底的界面作用力（附着力10.1 MPa）。实现了涂层优异的结构稳定性与界面可靠性（图2）。

图2 涂层微观结构及基础性能表征

  PUDF-GCx聚肟氨酯涂层兼具本征毒杀与动态抗粘附双重防污性能，能高效杀灭定植在涂层表面的细菌、海藻等典型污损生物，并显著抑制浮游污损生物的初始粘附。在东海浅海与菲律宾海域深海挂板实验中，涂层表面长期保持完整洁净状态，有效阻止浅海大型污损生物及深海微生物等污损生物的附着，展现出优异且稳定的全海深防污效果（图3）。

图3 涂层全海深防污性能表征

  在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡120小时后，PUDF-GC₁涂层的低频阻抗相较没有二维片层未改性PUDF涂层提升了约两个数量级，并且高于目前文献报道的聚氨酯防腐涂层。拉曼与XPS分析表明，该涂层有效抑制了腐蚀产物的生成，从而显著延缓了金属基体的腐蚀进程并维持其结构完整性。进一步在15 MPa高压+高盐+细菌的不同耦合环境下浸泡72 h，PUDF-GC₁涂层依然保持较高的阻抗水平，展现出优异的抗深海耦合腐蚀性能（图4）。

图4 涂层抗耦合腐蚀性能表征

  进一步通过转录组学和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了涂层的防污和防腐功能的的分子机制：一方面，DFFD单元通过干扰细菌嘌呤代谢、能量转化及膜结构稳定性，抑制核心生理功能并诱导应激反应，从而实现高效本征抗菌防污；另一方面，GO-COOH的二维屏蔽结构显著提高了界面能垒，阻碍腐蚀离子和微生物代谢产物的渗透，从而实现了低吸附/高屏蔽的协同防腐（图5）。

图5 涂层的防污/防腐机制研究

  该研究提出的聚肟氨酯防污/防腐一体化涂层，不仅能在全海深极端环境下长期稳定服役，还具备良好的可施工性和应用潜力。为未来海洋深潜器、通信缆、长期驻留平台等关键装备提供了新思路。

  论文信息：

  Full-Ocean-Depth-Oriented Poly(oxime-urethane) Coating: Construction and Protective Mechanism for Integrated Antifouling and Anticorrosion

  Peng Zhang§, Shu Tian§, Ruiqi Li, Guangming Lu*, Qunji Xue, Liping Wang*, ACS Nano, 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c09595

  全文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c09595