海洋生物污损是细菌、微藻、无脊椎动物在船舶、海底管道、养殖网箱等水下设施表面的附着定殖现象，不仅会增加船体航行阻力、提升能耗，加速金属设备腐蚀，还会通过船体、压载水传播引发外来物种入侵，严重威胁海洋工业运行与近海生态安全。传统含杀生剂防污涂层存在环境毒性风险，而常规水凝胶涂层凭借亲水水合层具备低毒防污优势，是绿色防污材料的研究热点。

但普通单网络水凝胶存在明显应用短板，一是抗溶胀性能差，在海水环境中易过度吸水膨胀，破坏涂层力学结构与基底附着力；二是防污模式被动，仅能阻隔微生物粘附，无主动杀菌除藻能力，面对复杂海洋菌群，长效防污效果不佳。

为解决上述痛点，西北工业大学刘淑娟、叶谦团队提出液态金属+卤化离子液体协同复合策略，制备出IL-GLM@Gel新型复合水凝胶涂层，系统探究其结构特性、力学性能、抗溶胀能力及海洋防污性能，致力于开发耐久、低毒、高效的新型海洋防污材料。

该研究通过原位聚合结合溶剂交换法制备复合涂层：先以丙烯酰胺、丙烯酸为单体聚合形成水凝胶基底，引入镓基液态金属构建初级交联网络，再通过卤化离子液体完成溶剂交换，依托Ga³⁺与Zn²⁺构建双重金属配位致密网络。两种金属离子分步交联，有效细化凝胶孔结构，实现各组分均匀分散，从结构层面强化水凝胶稳定性。

力学测试结果表明，液态金属与离子液体的协同改性大幅提升了水凝胶强韧性，最优配比的IL-GLM@Gel涂层拉伸应变接近1000%、拉伸应力达0.36 MPa。相较于铁盐、铜盐改性体系，锌基离子液体修饰的水凝胶在高应变条件下结构更稳定，综合力学性能更优异。

溶胀与保水性能测试验证了材料的环境适配优势：普通水凝胶溶胀比高达28.5，单一液态金属改性凝胶溶胀比降至19.0，而复合改性的IL-GLM@Gel 300分钟溶胀比仅为3.7，抗溶胀能力大幅提升。同时，该涂层可长期维持10%左右保水率，远优于普通水凝胶，能够在复杂海水环境中保持结构完整。

抗菌、抗藻实验证实材料具备优异的主动防污性能：IL-GLM@Gel对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达96.6%、99.2%，可有效抑制细菌滋生；对杜氏藻、紫球藻的去除率分别为90.6%、98.1%，抗藻效果显著。其核心机制为液态金属释放的Ga³⁺可诱导微生物氧化应激，搭配离子液体咪唑鎓阳离子的细胞膜破坏作用，实现高效协同杀菌抑藻。

综上，该研究开发的IL-GLM@Gel复合水凝胶，依托双重金属配位网络与离子液体协同效应，同步解决了传统水凝胶溶胀失稳、力学薄弱、被动防污的难题，兼具超低溶胀、高韧性、主动杀菌、低毒环保等优势，为长效海洋防污涂层研发提供了全新范式，可广泛应用于船舶、水下器件、海洋养殖装备的表面防护领域。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6c09270

原文作者：

Yuan Haohang, Ji Yikun, Yang Guoliang, Liu Bin, Wang Yixin, Liu Shujuan, and Ye Qian

DOI: 10.1021/acsami.6c09270

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