自船舶誕生以來，海運業逐漸成為全球經濟活動的重要支柱。目前，超過90%的全球貿易都通過海運完成。然而，海運消耗著大量的能源。近日，科研人員從海洋生物，如海豚、鯊魚等身上汲取靈感，利用仿生減阻材料，致力于實現大型船舶的減阻節能。

減阻節能技術遇瓶頸

在航行過程中，船舶主要受到摩擦阻力、空氣阻力、興波阻力和壓差阻力影響。能源主要被用于驅動螺旋槳旋轉產生推力，從而克服各種阻力，推進船舶前進。

傳統的減阻技術致力于減小船體與水之間的阻力，如優化船身幾何構型設計以減少壓強差及各種阻力、船體涂刷防污漆等。

但經多年迭代，這些方案已逐漸接近理論減阻的上限，亟須新型減阻節能方式。

減阻節能有新招

在航行過程中，船舶主要受到摩擦阻力、空氣阻力、興波阻力和壓差阻力影響。能源主要被用于驅動螺旋槳旋轉產生推力，從而克服各種阻力，推進船舶前進。

傳統的減阻技術致力于減小船體與水之間的阻力，如優化船身幾何構型設計以減少壓強差及各種阻力、船體涂刷防污漆等。

30 萬噸級油輪螺旋槳應用了仿生類液態滑移減阻蒙皮材料

（供圖 / 曾志翔）

仿生柔性蒙皮

海洋精靈的啟示

海豚、鯊魚等海洋生物表皮具有微結構、柔彈性和表面黏液分泌特性，因此它們在海里游動時阻力極低。仿生蒙皮，即參照海豚皮的物理和化學特性，通過人工合成方法，制備出的具有類似海豚皮特性的人造材料。研究人員巧妙地將具有仿海豚皮特征的仿生柔性蒙皮材料應用于巨型油輪的螺旋槳表面，以提高螺旋槳工作效率。

兼顧固體與黏液優質性能的類液態材料

對于人造的仿生柔性蒙皮而言，表面微結構和柔彈性易于實現，但要模仿海豚表皮長期分泌黏液的特性，就相對較困難了。

類液態材料，即在固體有機物分子內部接枝（大分子鏈上通過化學鍵結合適當的支鏈或功能性基因的反應）了高度柔性分子刷從而表現出一定液體特征的材料。由于所接枝分子鏈具有類似流體的高度動態特性，能自由旋轉與運動，所以各種液體在這種材料的表面黏附力低且易滑移。類液態材料既能保持固體材料的強度，又能達到類似于黏液的滑移特性。

仿生蒙皮由研究團隊研制的具有類液態特征的動態界面材料與柔性微織構材料耦合而成，敷設于螺旋槳表面，能夠降低螺旋槳與水之間的剪切力，并減少螺旋槳對周邊水流周向運動的做功，進而提高螺旋槳工作效率，降低能耗。

類液態材料兼具強度和滑移特性（供圖 / 曾志翔）

我們常常驚嘆于海豚穿梭于碧波的優雅身姿，卻不承想，它們的“外衣”也可以為我們作出貢獻。那么，在生活中，你還有什么類似的發現嗎？

責任編輯｜趙青云 張欣瑤（實習）

運營編輯｜趙青云

質量審核 | 王維嘉 李雅欣

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《為船舶披上海豚的“外衣”》，撰文/曾志翔，原文有刪改，原創作品轉載請注明來源。

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