海工基础设施的表面防护涂层始终面临高强机械性能与长效抗污能力的双重挑战。微生物、贝类和藻类在船体、海洋平台或海底管道表面附着，不仅易引发材料腐蚀，还会造成设备效率下降、能耗升高，甚至诱发结构失效。同时，海浪冲击、温差波动、风载荷等环境因素长期作用于材料本体，会带来不可逆的微裂纹和疲劳累积，加速涂层服役性能退化。传统可修复防污材料在复杂机械应力作用下常陷入“顾此失彼”的困境：提升强度往往牺牲修复性，而增强自愈又可能降低刚度。因此，实现刚性与柔性、抗污与自愈的多目标协同设计，成为推动材料走向实际应用的关键瓶颈。
为突破上述挑战，东南大学材料科学与工程学院冉千平教授团队受到灵长类膝关节结构启发，提出了一种“半月板仿生分层网络插层策略”。该策略在刚性聚酰亚胺主网络中引入含双酚链段的聚氨酯柔性第二网络，模拟股骨/胫骨与半月板间的力学协同关系。研究结果表明，这种方法使涂层材料的杨氏模量提高212.32%（362.42MPa），断裂韧性提升55.62%（169.52 MJ· m-3），拉伸强度增长21.65%（27.2 MPa），同时修复效率由72.81% 跃升至98.75%。此外，通过插层结构中两性离子链段与表面微纳形貌的协同调控，材料抗生物污损能力显著增强。相关成果以“Meniscus-Inspired Segmented Network Intercalation Strategy: Stiffened yet Toughened toward Healable Antifouling Materials”为题发表于《Advanced Functional Materials》。东南大学重大基础设施工程材料全国重点实验室为论文第一完成单位，博士生谢君豪为第一作者，武浩助理研究员与冉千平教授为共同通讯作者。
图1 半月板启发的双网络插层策略示意图。IS段（聚酰亚胺主网络）通过π-π相互作用和氢键紧密堆叠，形成类似股骨/胫骨的刚性支撑结构；BA段（双酚基聚氨酯次网络）嵌入主网络层间，模拟半月板的应力缓冲机制。
图2 材料力学性能与增强机制。插层策略优化刚性相堆叠密度，缓解应力集中，通过裂纹偏转与能量耗散实现刚-韧并济，同时动态键重组实现高效自修复
图3 抗藻-抗菌表面形貌分析。插层结构调控的微米级粗糙度与亲水性使PS-10样品接触角为72.14°，细菌/藻类附着率较对照组显著下降，展现最优防污性能
小结：
研究者以“半月板仿生”理念为核心，通过构建分段插层网络在分子尺度实现刚性相结构的优化调控，在显著增强材料强度、韧性与修复效率的同时，有效提升抗污性能。该策略实现了传统功能材料在力学性能与功能性之间的协同突破，为面向复杂海洋服役环境的智能防护材料提供了全新设计路径，也为多性能协同聚合物材料的构筑提供了重要思路。
以上研究得到江苏省科技厅创新支撑计划，中国博士后科学基金博士后B档资助计划，江苏省卓越博士后人才资助计划，江苏省自然科学基金资助项目，中国博士后科学基金面上项目，以及国家自然科学基金青年基金项目的支持。
文章信息：DOI: 10.1002/adfm.202503647