近日，中国科学院海洋研究所海洋材料腐蚀损伤机制与智能感知研究组联合中国科学院北京纳米能源与系统研究所，在Nature Communications在线发表最新研究成果。该研究受弱电鱼定位与群体协同感知启发，构建了波浪驱动的管状多界面动态双电层系统，实现了绿色能源驱动的涂层破损监测、阴极保护、波浪状态识别和空间感知。

海洋装备的涂层破损与金属腐蚀影响服役安全，而状态监测和阴极保护又面临长期供能与维护难题。如何利用波浪等可再生能源开展金属腐蚀防护与环境感知，是海洋工程安全服役需要解决的重要问题。研究团队设计了内外液路连通的管状结构，使外侧FEP-水界面与内侧PMMA-水界面的双电层在波浪作用下周期性组装与解离，通过界面间的电荷接力与协同释放提升电能输出。系列对照实验表明，性能提升主要源于液路连通形成的多界面动态双电层的耦合，揭示了多界面协同增强电荷转移的机制，为波浪能量的有效捕获提供了物理基础。

图1 弱电鱼协同感知启发的多界面双电层电荷接力机制与性能验证

在金属腐蚀防护方面，该系统通过多器件阵列扩展捕获波浪能，为金属提供阴极保护电流，使金属电位负移并维持在保护区间，实现无需外部电源或牺牲阳极的自供能阴极保护。同时，系统还可利用动态双电层电信号监测涂层状态。涂层完整时，绝缘屏障使电流响应接近零；当局部破损暴露金属基体后，波浪作用下便会产生可辨识的预警电流，从而实现涂层破损的原位监测。因此，波浪驱动的动态双电层平台能够兼顾涂层破损的原位监测与金属的自供能阴极保护。

图2 动态双电层涂层破损监测原理示意图及预警信号

在环境感知方面，研究借鉴弱电鱼通过电信号极性和幅值变化感知周围环境的方式，将波浪扰动引起的动态双电层响应转化为可读取的电信号，利用电流幅值及其时序变化识别不同波浪状态。同时，受鱼群协同感知策略启发，研究构建了由近端主电极与四个方位辅助电极组成的主-辅电极阵列，将不同位置的局部响应组织为可协同解码的空间信号。通过电极间的协同响应与信号对比，系统增强了方向差异和远端感知能力，实现了环境方位信息的编码与空间感知。

图3 弱电鱼协同感知启发的主-辅电极阵列与空间感知

综上，该工作通过多界面双电层耦合增强波浪能量捕获，利用器件阵列实现自供能阴极保护，并借鉴弱电鱼的电定位与群体协同感知策略，将界面电响应用于涂层破损监测、波浪状态识别和空间方位感知，为能量获取、腐蚀防护与环境感知提供了新的研究思路。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所特别研究助理南有博，中国科学院北京纳米能源与系统研究所博士后李想为论文共同第一作者，共同通讯作者为中国科学院海洋研究所王秀通研究员，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、陈宝东研究员和魏迪研究员。研究获国家自然科学基金、国家重点研发计划及山东省博士后创新人才支持计划等项目资助。

论文信息：

Youbo Nan#, Xiang Li#, Xiutong Wang*, Yan Du, Jiaxin Hu, Rongbing Han, Baodong Chen*, Zhong Lin Wang*, and Di Wei*. Multi-interface electrical double layers dynamics as a unified platform for power generation and environmental intelligence. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-77636-4