Исследователи из США и Китая, вдохновившись водяными пауками и огненными муравьями, создали плавучую металлическую конструкцию. Она обладает водоотталкивающими свойствами, благодаря которым не тонет, – даже если ее часто помещают в воду или если она повреждена, передает пресс-служба Рочестерского университета. Открытие позволит в будущем создать непотопляемые корабли или сделать электронику водонепроницаемой. Подробное описание разработки дано в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
Инженеры применили знание о том, что воздух делает предметы плавучими. В начале своей работы они использовали сверхкороткие импульсы лазера (фемтосекундные вспышки), чтобы вытравить на поверхности металла сложные микро- и наноразмерные структуры, которые захватывают воздух и делают поверхности супергидрофобными (водоотталкивающими). Однако эксперимент показал, что после долгого пребывания в воде металлические изделия начинают терять свои гидрофобные свойства.
Новое решение ученым подсказали пауки и муравьи, которые могут долгое время находится под водой или на ее поверхности. Как? Захватив воздух в замкнутом пространстве. Например, водные пауки создают подводную куполообразную паутину – так называемый водолазный колокол, – которую они наполняют воздухом, переносимым с поверхности между их супергидрофобными лапками и брюшной полостью. Точно так же огненные муравьи могут собирать плот из собственных супергидрофобных тел, задерживая пузырьки воздуха между ними.
Ученые создали структуру, в которой обрабатываемые поверхности на двух параллельных алюминиевых пластинах смотрят внутрь, а не наружу, поэтому они закрыты и не подвержены внешнему износу. Ученые высчитали расстояние, на которое пластины должны быть размещены друг от друга, чтобы захватить и удержать достаточно воздуха для поддержания плавучести конструкции. В результате получилось изделие с водонепроницаемым отсеком.
Инженеры поместили конструкцию в воду и положили на нее сверху груз. Обратно достали ее лишь спустя два месяца. Даже по истечении этого времени конструкция сразу же отскочила на поверхность, как только с нее сняли груз. Более того, полученное изделие держалось на плаву даже после многократных повреждений: воздух по-прежнему оставался в конструкции – и его было достаточно, чтобы она не пошла ко дну.
Для своего изделия исследователи использовали алюминий, однако, как отмечается в работе, их процесс «травления» можно применить и к другим металлам. Кроме того, за время своего исследования ученые значительно продвинулись в скорости обработки металлических поверхностей. Сначала им требовался час, чтобы нанести «узоры» на поверхность размером 2,5 на 2,5 сантиметра. Затем они ускорили этот процесс, использовав лазеры в семь раз мощнее и ускоренное сканирование.
[Фото: J. Adam Fenster/University of Rochester]
