海洋所提出3D打印技術在海洋防污領域的應用新策略
近日,國際增材制造領域期刊Additive Manufacturing (中科院JCR期刊分區(qū)工程技術1區(qū)TOP期刊,IF=11.0)刊發(fā)了中國科學院海洋研究所王毅研究員團隊的最新研究成果3D printing technology meets marine biofouling: a study on antifouling resin for protecting marine sensors。
通常,海水水質評估都是通過pH值、溶解氧、全鹽量、溫度、電導率等參數(shù)來測定。在實際的海洋環(huán)境中,用于這些參數(shù)測定的傳感器將會遭受生物污損的嚴重影響。海洋中的生物污損過程是快速且連續(xù)的,包括條件膜、生物膜、微型生物污損和大型生物污損等生長階段。因此,傳感器在水下服役時,其感測表面、外殼和支撐結構都將遭受污損,大大降低傳感器的靈敏度及使用壽命,導致信號漂移和數(shù)據(jù)錯誤,同時會增加傳感器的維護成本。當前,已經提出了各種防污策略來保護傳感器的感測表面,例如機械防污、防污涂層、電解防污、紫外線照射等,但這些傳統(tǒng)的防污策略針對于海洋傳感器而言適用性并不強。隨著當今海洋環(huán)境監(jiān)測網絡的發(fā)展,海洋傳感器變得更小、更智能、更多樣,未來理想的保護策略應該是低成本、低功耗、便于安裝和不干擾監(jiān)測的。因此,根據(jù)不同傳感器結構上的差異,開發(fā)設計多種新型水下防污策略以確保傳感器長期穩(wěn)定的現(xiàn)場監(jiān)測是十分必要的。
3D打印也被稱為增材制造(AM),是一種快速制造的技術。這種新興技術能夠從根本上顛覆傳統(tǒng)技術,將材料以定制、高效和靈活的方式轉化為復雜的設備。隨著3D打印技術在海洋環(huán)境中的應用愈加廣泛,人們發(fā)現(xiàn)常用的3D打印聚合物材料同樣容易遭受海洋生物污損。近年來,隨著光固化3D打印設備的進步及工藝的成熟,對打印耗材光敏樹脂也提出了愈加嚴格的要求:更快的固化速率、更低的收縮率、更多樣化的功能以適用于不同場景。同時,含有水解樹脂、防污劑和其他添加劑的自拋光防污涂料是現(xiàn)代防污技術的首選。因此,有必要開發(fā)一種3D打印防污功能墨水的制備方法,通過優(yōu)化樹脂配方、改造分子結構,以及添加改性填料等方法,改善光敏樹脂的性能,為開發(fā)適用于海洋傳感器感測表面的防污策略提供新方法。

圖 3D打印防污光敏樹脂的研制及其打印制件在海洋傳感器防污領域的應用
本工作首次研發(fā)了一種防污型3D打印光敏樹脂,該樹脂具有優(yōu)良的分散性能,固化后的樹脂表面較為穩(wěn)定,線性收縮率較小,允許其打印結構復雜且精度較高的實物構件,同時具有良好的綜合力學性能。隨后,利用所制備的樹脂,根據(jù)一般傳感器結構設計了幾種防污器件,分別適用于室內、實海防污評價,測試結果均表現(xiàn)出了優(yōu)異的防污能力。本工作通過多次試驗獲得科學配比,其工藝簡單,易于控制,成本低廉,拓展了應用場景,能夠有效防治海洋微生物的污損。這項工作為開發(fā)適用于海洋傳感器感測表面的防污提供新方法,同時開辟了3D打印在防污領域的新應用。
論文第一作者為中科院海洋所博士研究生鄧濯,通訊作者為王毅研究員。本工作得到了國家自然科學基金(42176047)的支持。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103697
附件下載:
魯公網安備37020202001323號 | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長江東路8號 |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
