铜介导防污机制探索：价态调控及涂层寿命预测
王璐，黄从树，张初镱，谢志鹏，王晶晶
（中国船舶重工集团公司第七二五研究所，海洋腐蚀与防护重点实验室，福建厦门361100）
摘要：铜系材料因其高效、广谱的防污性能，在海洋防污领域占据主导地位。然而，传统含铜防污涂层在实际应用中面临两大核心瓶颈：一是高性能防污活性物种（亚铜离子）在服役过程中易被氧化失效，且其释放行为缺乏精准调控，导致防污效能劣化与服役寿命不足；二是涂层寿命评估长期依赖经验性的膜厚磨损测试，缺乏快速、精准的预测方法，难以满足长寿命涂层的研发需求。针对上述问题，本工作围绕“铜介导防污机制”这一核心，从材料设计与性能评价两个维度展开系统探索，依次解决了亚铜离子的稳定、控释以及涂层寿命可预测化”三个递进式科学问题。
首先，针对氧化亚铜（Cu₂O）在光照及大气暴露下易被氧化失效的难题（即“舾装适用期短”与“水线失效”），我们提出通过构建S型异质结实现亚铜稳定化，通过载流子迁移调控，中和Cu₂O表面易引发氧化腐蚀的光生空穴，显著提升了Cu₂O的抗氧化稳定性，使涂层在模拟舾装暴晒及水线工况下仍能保持长效防污性能。
进一步地，通过构筑混合价态铜-有机框架化合物（Cu(I,II)-BTCs）对亚铜离子的释放行为进行调控。借助金属有机框架材料可精确调控金属位点化学状态及释放行为的独特优势，有效保护亚铜位点不被快速氧化，并实现亚铜离子的平稳释放，同时，首次基于络合还原法建立了亚铜离子释放速率曲线，明确了高活性亚铜占总铜的释放比例。与常规氧化亚铜防污涂层相比，混合价态Cu(I,II)-BTC涂层在海水浸泡中表现出更高的铜离子释放速率与更好的稳定性，并对细菌、藤壶幼体表现出了更优的防污活性。
最后，提出了以铜离子释放速率为核心描述符的防污涂层寿命加速评价及预测方法。区别于传统以膜厚降低程度判断寿命的思路，通过失效涂层微观分析，明确了长寿命涂层的失效以“耗尽机制”为主导。据此，设计了一套“先动后静”的加速试验方案，通过高速动态转动加速涂层抛光与防污剂耗尽，并结合静态挂板验证失效状态。通过大量实测数据，掌握了不同设计寿命涂层的临界失效铜离子渗出率，并将其作为加速试验的停止判据。在此基础上，引入机器学习方法，融合加速老化与自然老化数据，构建了高精度涂层寿命预测模型，实现了对新研长寿命防污涂层服役寿命的可靠预报。
综上，本研究以铜介导防污机制为主线，依次突破了亚铜离子稳定、亚铜离子控释及涂层寿命预测等技术瓶颈，形成了从材料创新到性能评价的完整研究链条。相关成果为开发新一代高性能、长寿命海洋防污涂层提供了系统的理论依据与技术支撑。
关键词：海洋防污；自抛光防污涂层；亚铜；加速试验；防污涂层寿命预测。

海洋防污,亚铜,自抛光防污涂料,加速试验,涂层寿命预测