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在浩瀚的海洋上，30 萬(wàn)噸超大型油輪宛如一座座移動(dòng)的鋼鐵城堡，承載著全球經(jīng)濟(jì)的命脈。然而，這些巨輪的航行也消耗著大量的能源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不可忽視的影響。如今，一種創(chuàng)新的仿生柔性減阻材料的應(yīng)用，正為這些海洋巨人帶來革命性的改變。

一、船用仿生蒙皮減阻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用：超大型油輪的綠色之旅

1、首次應(yīng)用于 30 萬(wàn)噸超大型油輪

首艘安裝寧波材料所和中遠(yuǎn)海能聯(lián)合研發(fā)的仿生蒙皮螺旋槳的 30 萬(wàn)噸級(jí)超大型油輪，近日順利完成 3 個(gè)航次的原油運(yùn)輸任務(wù)后靠泊泉州港碼頭。這是國(guó)際上首次將仿生柔性減阻材料應(yīng)用于如此規(guī)模的油輪。

2、顯著的節(jié)能效果

在長(zhǎng)達(dá)近 200 天、里程逾 3.5 萬(wàn)海里的航行中，航線往返于中國(guó)沿海和中東各大港口。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，螺旋槳表面敷設(shè)仿生蒙皮后，實(shí)船油耗下降約 2%。按此計(jì)算，一艘超大型油輪每年可節(jié)約燃油 300 噸以上，直接經(jīng)濟(jì)效益在 100 萬(wàn)元以上，減少二氧化碳排放量 900 噸以上。

3、嚴(yán)格的認(rèn)證與合規(guī)

該仿生柔性減阻材料在實(shí)船應(yīng)用前取得了中國(guó)船級(jí)社產(chǎn)品認(rèn)證，滿足控制船舶有害防污底系統(tǒng)國(guó)際公約要求，確保了其安全性和環(huán)保性。

二、仿生蒙皮的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

仿生蒙皮，即參照海豚皮的物理和化學(xué)特性，通過人工合成方法，制備出的具有類似海豚皮特征的人造材料。項(xiàng)目研究人員巧妙地將具有仿海豚皮特征的蒙皮材料應(yīng)用于巨型油輪的螺旋槳表面，以提高螺旋槳推進(jìn)效率。巨型油輪螺旋槳效率隨載貨量和航速變化而變化，通常為60%至70%之間。船用發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，能耗的約70%轉(zhuǎn)化為推力，約15%消耗于螺旋槳剪切水做功，剩余約15%則消耗于螺旋槳反推力對(duì)水做功。

眾所周知，海豚、鯊魚等海洋生物在海里游動(dòng)時(shí)具有極低的阻力，主要由于其表面的微結(jié)構(gòu)、柔彈性和表面粘液分泌特性。海豚表皮在水流作用下，形成微結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生微渦流，將水流與表皮的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦；結(jié)合表皮粘液的潤(rùn)滑特性，有效降低水流的湍流動(dòng)能，降低水與表皮之間的剪切力。

對(duì)于人造的仿生減阻材料而言，表面微結(jié)構(gòu)和柔彈性易于實(shí)現(xiàn)，但要模仿海豚表皮長(zhǎng)期粘液分泌的特性，則相對(duì)比較困難，“類液態(tài)”材料有效解決了這一問題。

1、模仿海豚皮膚的特性

仿生蒙皮通過精細(xì)的工藝，模仿了海豚皮膚的微觀結(jié)構(gòu)。這種微觀結(jié)構(gòu)能夠有效地減少水流的阻力，提高能量的利用效率。

2、降低水阻力的機(jī)制

其表面的微結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生微渦流，將水流與表皮的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，結(jié)合表面特性有效降低水流的湍流動(dòng)能和水與表皮之間的剪切力。

3、材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

由具有“類液態(tài)”特征的動(dòng)態(tài)界面材料與具有特定尺寸微結(jié)構(gòu)的柔性材料耦合而成，既保持了固體材料的強(qiáng)度，又能達(dá)到類似于“粘液”的滑移特征，據(jù)研究人員介紹，仿生蒙皮正是由具有“類液態(tài)”特征的動(dòng)態(tài)界面材料與具有0.1-0.2毫米尺寸微結(jié)構(gòu)的柔性材料耦合而成，敷設(shè)于螺旋槳表面后，能夠降低螺旋槳與水之間的剪切力，并減少反推力對(duì)水的做功，進(jìn)而提高了螺旋槳效率，降低了能耗。

三、仿生蒙皮在超大型油輪上的應(yīng)用前景

1、船隊(duì)推廣的潛力

鑒于船用仿生柔性減阻材料在實(shí)船上取得的良好節(jié)能減排效果，中遠(yuǎn)海能計(jì)劃將該減阻材料推廣至旗下的 100 余艘油輪船隊(duì)，這將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2、行業(yè)引領(lǐng)的意義

該應(yīng)用有望為整個(gè)航運(yùn)業(yè)樹立榜樣，推動(dòng)更多船舶采用類似的創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色航運(yùn)的目標(biāo)。

四、仿生蒙皮的未來應(yīng)用領(lǐng)域

1、航空航天的夢(mèng)想之翼

在航空領(lǐng)域，仿生蒙皮有望應(yīng)用于飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼表面，減少空氣阻力，降低油耗，提升飛行速度和航程。

2、汽車行業(yè)的風(fēng)馳電掣

汽車領(lǐng)域也能受益于這項(xiàng)技術(shù)。用于車身和關(guān)鍵部件，可降低風(fēng)阻，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，增強(qiáng)電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。

3、管道運(yùn)輸?shù)母咝ǖ?/span>

在管道運(yùn)輸中，內(nèi)壁敷設(shè)仿生蒙皮能夠減少流體阻力，提高輸送效率，降低能耗和運(yùn)營(yíng)成本。

4、水利工程的節(jié)能先鋒

水利設(shè)施如大壩、水閘和渠道的表面應(yīng)用仿生蒙皮，可優(yōu)化水流，提高發(fā)電效率，減少水資源的浪費(fèi)。

5、體育競(jìng)技的速度秘籍

體育器材如賽車、自行車和游泳裝備采用仿生蒙皮，能夠幫助運(yùn)動(dòng)員突破速度的極限。

6、能源開發(fā)的助力之手

在風(fēng)能發(fā)電中，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率；在海洋能開發(fā)中，為相關(guān)設(shè)備提供減阻支持。

7、其他船舶類型的應(yīng)用

除了超大型油輪，仿生蒙皮技術(shù)還可應(yīng)用于各種類型的船舶，如貨輪、集裝箱船等，以提高整個(gè)航運(yùn)業(yè)的能源效率。

仿生柔性減阻材料在 30 萬(wàn)噸超大型油輪上的成功應(yīng)用，為航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了新的希望。寧波材料所的創(chuàng)新研究和技術(shù)突破，將繼續(xù)推動(dòng)這一技術(shù)的不斷完善和廣泛應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和建設(shè)美麗海洋貢獻(xiàn)力量。

未來展望：無限可能的創(chuàng)新之路

仿生蒙皮技術(shù)如同一顆璀璨的新星，在材料科學(xué)的天空中閃耀著光芒。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的持續(xù)完善，它將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)貢獻(xiàn)力量。

寧波材料所將繼續(xù)引領(lǐng)這一技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，與各界攜手合作，共同開啟一個(gè)更加綠色、高效、可持續(xù)的未來。

相信在不久的將來，仿生蒙皮技術(shù)將成為推動(dòng)各行業(yè)進(jìn)步的強(qiáng)大動(dòng)力，讓我們的生活變得更加美好。

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來源：賢集網(wǎng)
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