Нетонущий металл
Исследователи из Университета Рочестера, вдохновленные водолазными пауками и плотами огненных муравьев, создали металлическую конструкцию, которая настолько водоотталкивающая, что отказывается тонуть - независимо от того, как часто ее толкают в воду, и на сколько сильно она повреждена или проколота. Может ли это привести к созданию непотопляемого корабля? Даже после нанесения пробоев? Или, например, электронные устройства контроля, которые могут работать в океане в течение длительного времени?
Чунлей Го, профессор оптики и физики, чья лаборатория описывает структуру в Прикладных материалах и интерфейсах ACS, утверждает, что все это возможно. Все дело в новой технологии обработки металла.
Для создания подобных объектов используется революционная технология c с использованием инновационной техники, разработанной лабораторией для «травления» поверхностей металлов с помощью сложных микро- и наноразмерных структур, которые захватывают воздух и делают поверхности супергидрофобными или водоотталкивающими. На поверхность металла с помощью фемтосекундного лазера с ювелирной точностью наносят микро и наночастички, которые захватывают воздух. Таким образом конструкция становится водоотталкивающей. При погружении в воду, вокруг конструкции из захваченного воздуха образуется пузырь, который и выталкивает ее на поверхность. Исследователи обнаружили, однако, что после погружения в воду на длительные периоды времени поверхности могут начать терять свои гидрофобные свойства.
Что подтолкнуло ученых к открытию? Наблюдения за пауками-серебрянками и огненными муравьями Solenopsis, которые могут выживать в течение длительного времени под водой в воздушной оболочке своих тел. Как же они это делают? Например, водные пауки Argyroneta, захватив воздух перед погружением, создают подводную куполообразную паутину (водолазный колокол), наполняют ее воздухом, который заготавливают еще на поверхности между своих супергидрофобных ног и брюшной полостью.
Точно так же огненные муравьи могут образовывать плот, задерживая воздух среди своих супергидрофобных тел.
«Это было очень интересное наблюдение», - говорит Го. В своей статье исследователи отмечают: «Главное открытие состоит в том, что многогранные супергидрофобные (SH) поверхности могут захватывать большой объем воздуха, что указывает на возможность использования поверхностей SH для создания плавучих устройств».
Лаборатория профессора Го создала структуру, в которой обрабатываемые поверхности на двух параллельных алюминиевых пластинах обращены внутрь, а не наружу, поэтому они закрыты и не подвержены внешнему износу и истиранию. Поверхности находятся друг от друга только на определенном расстоянии, позволяющем захватить и удержать столько воздуха, что конструкция остается плавающей - по сути, создается водонепроницаемый отсек. Супергидрофобные поверхности препятствуют попаданию воды в отсек, даже если конструкция погружается в воду.
По словам Го, даже после того как во время проведения исследования ученые с помощью груза смогли опустить конструкции под воду на два месяца, они сразу же выскочили на поверхность после снятия нагрузки. Конструкции сохраняли эту способность даже после многократных проколов, поскольку воздух оставался захваченным в оставшихся частях отсека или прилегающих частях конструкций.
«Хотя для этого проекта команда использовала алюминий, «процесс травления» можно использовать буквально для любых металлов или других материалов», - говорит Го.
Когда лаборатория Го впервые демонстрировала технику травления, ученым потребовался час для того, чтобы сделать рисунок поверхности размером один на один дюйм. Теперь, благодаря использованию лазеров в семь раз мощнее и быстрее, лаборатория смогла ускорить процесс, сделав его более доступным для использования в коммерческих целях.
Проект стал возможен благодаря поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс, Исследовательского бюро армии США и Национального научного фонда.
Статья написана по материалам сайта: www.rochester.edu
Вы можете посмотреть видео по теме:https://youtu.be/yjV76JgUF8w,https://youtu.be/L2ZysgGAABw
