Исследователи из Рочестерского университета разработали чрезвычайно плавучий металл, который можно использовать для создания непотопляемых кораблей. Исследователи черпали вдохновение у огненных муравьев и пауков-ныряльщиков, которые обладают замечательной способностью оставаться на плаву и выживать под водой в течение длительного времени.
Эти насекомые могут делать это, улавливая воздух в замкнутом пространстве. Имея это в виду, исследователи «вытравили» крошечные узоры на поверхности металла, которые задерживают воздух. Благодаря этим вытравленным узорам металл продолжает подниматься на поверхность даже после значительных структурных повреждений.
Исследователи заявили, что их новый материал может быть использован для изготовления непотопляемых лодок, носимых флотационных устройств, которые останутся плавучими после прокола, и даже электронных устройств мониторинга, которые могут работать в океане.
Непотопляемый металл, вдохновленный водостойкими насекомыми
Огненные муравьи способны долгое время выживать под водой и на поверхности воды, соединяя свои конечности вместе, образуя плавучий плот. Затем они задерживают воздух внутри своих супергидрофобных (чрезвычайно водостойких) тел, чтобы удержаться на плаву.
Точно так же пауки с водолазными колокольчиками улавливают воздух внутри куполообразной паутины, функционирующей как водолазный колокол. Пауки, единственные в своем роде, которые живут почти полностью под водой, наполняют эту шаровидную сеть воздухом и переносят его между своими гидрофобными ногами и брюшком. Они используют воздух внутри этой паутины, чтобы дышать, посещая поверхность только тогда, когда нужно заполнить паутину.
Вдохновленные изобретательностью насекомых, исследователи вытравили замысловатые микро- и наноразмерные узоры на одной стороне алюминиевого диска с помощью фемтосекундного лазера. Эти вытравленные узоры задерживают воздух и делают металл супергидрофобным. Затем исследователи взяли два металлических диска и прикрепили их параллельно друг другу обработанными сторонами внутрь, чтобы они были закрыты.
Диски разнесли на правильное расстояние для улавливания и удерживания достаточного количества воздуха, чтобы поддерживать конструкцию в воздухе, создавая, по сути, воздушный пузырь. Благодаря супергидрофобным поверхностям вода не может попасть в пузырь, даже когда конструкция находится под водой.
«Ключевой вывод заключается в том, что многогранные супергидрофобные (СГ) поверхности могут задерживать большой объем воздуха, что указывает на возможность использования СГ-поверхностей для создания плавучих устройств», написали исследователи в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
Из нового металла можно делать непотопляемые корабли, плавсредства
В соответствии с этим утверждением, этот материал непотопляем и чрезвычайно прочен. Исследователи погрузили конструкцию в воду на два месяца и обнаружили, что она сразу всплыла на поверхность, как только груз был снят. Структура также сохранила эту способность даже после многократных проколов. Это связано с тем, что воздух остается в неповрежденных частях металлических дисков.
«Это может привести к созданию непотопляемого корабля, носимого флотационного устройства, которое все еще будет плавать после прокола, и даже электронных устройств мониторинга, которые могут долгое время существовать в океане», сказал ведущий автор Чунлей Го, профессор оптики и физики.
Го добавил, что процесс травления можно проводить на многих других материалах, а не только на металле, и его можно масштабировать для коммерческого использования с помощью фемтосекундного лазера. Этот ультракороткий световой импульс в семь раз мощнее, чем тот, который они впервые использовали для травления, когда для создания рисунка на небольшом участке поверхности потребовался час.
Благодаря улучшенному процессу травления использование нового материала для создания непотопляемых кораблей и других плавучих средств стало возможным для реального использования.
