Badacze z University of Rochester zaprojektowali nowy rodzaj powierzchni metalu, który unosi się na powierzchni wody. Superhydrofobowy materiał nie zatonie, nawet gdy jest na siłę wpychany pod powierzchnię wody, czy dziurawiony.

Opracowany na nowojorskiej uczelni materiał unosi się na powierzchni wody nawet po uszkodzeniu. To rozwiązanie może w przyszłości znaleźć zastosowanie przy budowie niezatapialnych statków, kamizelek ratunkowych, pływających miast czy chociażby unoszących się na powierzchni oceanu urządzeń monitorujących, które będą mieć długą żywotność. Zastosowań znajdzie się na pewno więcej. Zalety te dostrzegła m.in. amerykańska armia współfinansując badania.

Superhydrofobowe właściwości naukowcy uzyskali dzięki wykorzystaniu femtosekundowego lasera, którym wyryli mikroskopijne wzory na powierzchni metalu. Wiążą one powietrze i nadają całej strukturze niezatapialny charakter. Opis badań ukazał się na łamach pisma „ACS Applied Materials and Interfaces”.

Mrówki i pająki inspiracją dla niezatapialnego metalu

W naturze istnieje wiele stworzeń, jak chociażby pająki czy mrówki, które potrafią unosić się na powierzchni wody przez długi czas. Jak to robią? Wychwytują pęcherzyki powietrza. Na przykład taki pająk topik, który całe życie spędza w wodzie, tworzy z nici pajęczej coś w rodzaju kopuły, dzwonu do nurkowania, który wciąga pod wodę zagarniając bańkę powietrza. Otoczka ta wraz zagarniętym powietrzem pokrywa odwłok, w którym znajdują się narządy oddechowe topika. Z kolei mrówki ogniste tworzą rodzaj tratwy ze swoich ciał. Mrówki chwytają się wzajemnie zatrzymują pęcherzyki powietrza między swoimi ciałami.

Pająki i mrówki zainspirowały naukowców. Uczeni opracowali technikę wykorzystywania femtosekundowych impulsów laserowych do rycia za ich pomocą skomplikowanych mikro- i nanowzorów w powierzchni metali, które zatrzymują powietrze i sprawiają, że powierzchnie stają się hydrofobowe.

– To była bardzo interesująca inspiracja – powiedział prof. Chunlei Guo, główny autor badań. Naukowiec dodał, że kluczowe było spostrzeżenie, że wielopłaszczyznowe superhydrofobowe powierzchnie mogą uwięzić dużą objętość powietrza, co wskazuje na możliwość wykorzystania tych powierzchni do stworzenia urządzeń pływających.

W laboratorium Guo wraz ze swoimi współpracownikami, stworzył superhydrofobową strukturę z dwóch płytek aluminium. Uczeni wygrawerowali powierzchnie płytek i zwrócili je wyrytymi wzorami do wewnątrz, w celu ochrony przed ścieraniem. Powierzchnie oddzielono od siebie odpowiednią odległością do zatrzymania i utrzymania wystarczającej ilości powietrza, aby utrzymać strukturę na powierzchni wody.

Testy syperhydrofobowego metalu

Podczas testów, całą konstrukcję na dwa miesiące siłą zanurzono w wodzie. Po zwolnieniu obciążenia struktura natychmiast wypłynęła na powierzchnię. Zachowała swoje właściwości nawet po wielokrotnym przedziurawieniu. Właściwości hydrofobowe zachowały pozostałe, nieuszkodzone części konstrukcji. Chociaż zespół wykorzystał w badaniach aluminium, to ten sam proces można zastosować do dowolnego metalu lub nawet innych materiałów.

Naukowcy przyznali, że pierwsze grawerowanie aluminium laserami trwało bardzo długo. Godzinę zajęło rycie wzorów na powierzchni kawałka aluminium o powierzchni 6,5 cm kwadratowego. Ale badacze udoskonalili swoją technikę stosując znacznie mocniejsze i szybsze lasery. To sprawia, że można myśleć o komercjalizacji metody.

Naukowcy przyznali także, że po długim zanurzeniu w wodzie, powierzchnie mogą zacząć tracić swoje właściwości hydrofobowe. Obecnie uczeni eksperymentują z innymi kształtami płytek, rozmiarami szczeliny między płytkami czy z gęstością wzorów.

 

 

ŹródłoUniversity of Rochester