海洋所提出3D打印技術(shù)在海洋防污領(lǐng)域的應(yīng)用新策略
近日,國際增材制造領(lǐng)域期刊Additive Manufacturing (中科院JCR期刊分區(qū)工程技術(shù)1區(qū)TOP期刊,IF=11.0)刊發(fā)了中國科學(xué)院海洋研究所王毅研究員團(tuán)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(zhì)評估都是通過pH值、溶解氧、全鹽量、溫度、電導(dǎo)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(yán)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(jié)構(gòu)都將遭受污損,大大降低傳感器的靈敏度及使用壽命,導(dǎo)致信號漂移和數(shù)據(jù)錯誤,同時會增加傳感器的維護(hù)成本。當(dāng)前,已經(jīng)提出了各種防污策略來保護(hù)傳感器的感測表面,例如機(jī)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(qiáng)。隨著當(dāng)今海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)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(hù)策略應(yīng)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(jié)構(gòu)上的差異,開發(fā)設(shè)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(shù)。這種新興技術(shù)能夠從根本上顛覆傳統(tǒng)技術(shù),將材料以定制、高效和靈活的方式轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的設(shè)備。隨著3D打印技術(shù)在海洋環(huán)境中的應(yīng)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(shè)備的進(jìn)步及工藝的成熟,對打印耗材光敏樹脂也提出了愈加嚴(yán)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(shù)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(jié)構(gòu),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(lǐng)域的應(yīng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜且精度較高的實物構(gòu)件,同時具有良好的綜合力學(xué)性能。隨后,利用所制備的樹脂,根據(jù)一般傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計了幾種防污器件,分別適用于室內(nèi)、實海防污評價,測試結(jié)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(xué)配比,其工藝簡單,易于控制,成本低廉,拓展了應(yīng)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(lǐng)域的新應(yīng)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(xué)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(wǎng)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 |
