北京
自船舶诞生以来，海运业逐渐成为全球经济活动的重要支柱，目前，超过90%的全球贸易都通过海运完成。海运消耗着大量的能源，近日，科研人员从海洋生物——海豚、鲨鱼等身上汲取灵感，利用仿生减阻材料，实现大型船舶的减阻节能。
减阻节能技术遇瓶颈
在航行过程中，船舶主要受到摩擦阻力、空气阻力、兴波阻力和压差阻力影响。能源主要被用于驱动螺旋桨旋转产生推力，从而克服各种阻力，推进船舶前进。
传统的减阻技术致力于减小船体与水之间的阻力，如优化船身几何构型设计以减少压强差及各种阻力、船体涂刷防污漆等。但经多年迭代，这些方案已逐渐接近理论减阻的上限，亟须新型减阻节能方式。
减阻节能有新招
利用涂层材料提升螺旋桨水动力效率正是一种新型解决方案。
巨型油轮螺旋桨效率随载货量和航速的变化而变化。船用发动机在驱动螺旋桨旋转时，约70%的能源被转化为推力，约15%的能源被消耗于螺旋桨拨动水做功，剩余约15%则消耗于螺旋桨与水之间的摩擦损耗。
因此，通过减小螺旋桨旋转时由摩擦阻力引起的力损耗，可以使螺旋桨水动力效率提升，在减阻的同时提升轴向的压差推力和船舶进速，是一种极高效的新型减阻节能措施。
仿生柔性蒙皮——海洋精灵的启示
海豚、鲨鱼等海洋生物表皮具有微结构、柔弹性和表面黏液分泌特性，因此它们在海里游动时阻力极低。仿生蒙皮，即参照海豚皮的物理和化学特性，通过人工合成方法，制备出的具有类似海豚皮特性的人造材料。研究人员巧妙地将具有仿海豚皮特征的仿生柔性蒙皮材料应用于巨型油轮的螺旋桨表面，以提高螺旋桨工作效率。
兼顾固体与黏液优质性能
的类液态材料
对于人造的仿生柔性蒙皮而言，表面微结构和柔弹性易于实现，但要模仿海豚表皮长期分泌黏液的特性，就相对较困难了。
类液态材料，即在固体有机物分子内部接枝（大分子链上通过化学键结合适当的支链或功能性基因的反应）了高度柔性分子刷从而表现出一定液体特征的材料。由于所接枝分子链具有类似流体的高度动态特性，能自由旋转与运动，所以各种液体在这种材料的表面黏附力低且易滑移。
类液态材料既能保持固体材料的强度，又能达到类似于黏液的滑移特性。仿生蒙皮由研究团队研制的具有类液态特征的动态界面材料与柔性微织构材料耦合而成，敷设于螺旋桨表面，能够降低螺旋桨与水之间的剪切力，并减少螺旋桨对周边水流周向运动的做功，进而提高螺旋桨工作效率，降低能耗。
新技术勾勒出未来的轮廓
海洋关键材料重点实验室联合中远海运能源运输股份有限公司，首次在国际上将这种融合了柔性和类液态特征的仿生材料应用于不同船型的多种螺旋桨，其中，包括全球最大级别（30万吨载货量）的超级大型油轮的四叶螺旋桨（直径10米），并陆续完成了多航次、多海域的航行任务。
航行油耗数据显示，敷设仿生蒙皮后，螺旋桨工作效率提高了2%以上，每年可为一艘超级大型油轮节约燃油300吨以上，产生直接经济效益高达100万元以上，并减少900吨二氧化碳排放。此项技术的持续推广，可促进营运船舶的绿色化、低碳化发展，也将为实现人与自然和谐共生作出贡献。
我们常常惊叹于海豚穿梭于碧波的优雅身姿，却不承想，它们的“外衣”也可以为我们作出贡献。那么，在生活中，你还有什么类似的发现吗？
责任编辑｜赵青云
运营编辑｜李雅欣 哈力穆拉提（实习）
质量审核 | 原飞燕
图文来源 | 《知识就是力量》杂志《为船舶披上海豚的“外衣”》，撰文/曾志翔（中国科学院宁波材料技术与工程研究所） 原文有删改，原创作品转载请注明来源。
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