Микро- и нанотекстуры вместо пены и герметизации
Исследовательская группа Института оптики Университета Рочестера под руководством Чунлэя Го использовала стандартные алюминиевые трубки, модифицировав их внутреннюю поверхность лазером. На металле формируются микроскопические и наномасштабные ямки и рельефы, создающие супергидрофобный эффект — экстремальное водоотталкивание.
В результате вода не заполняет полость трубки, а внутри сохраняется воздушный карман, обеспечивающий плавучесть. Принцип аналогичен природным механизмам: пауки-водолазы и колонии муравьёв удерживают воздух для плавания и дыхания.
Захваченный воздух как ключевой фактор плавучести
Даже при наличии отверстий вода не вытесняет воздух изнутри благодаря супергидрофобной поверхности. Дополнительный внутренний разделитель в трубке предотвращает потерю воздушного кармана при вертикальном погружении и в турбулентной среде.
Эксперименты показали, что трубки сохраняли плавучесть неделями в суровых условиях, включая моделирование бурного моря. Даже при множественных повреждениях конструкция оставалась на поверхности.
Эволюция конструкции и устойчивость к волнам
Ранее команда демонстрировала плоские супергидрофобные структуры, но они теряли воздух при сильном наклоне. Цилиндрическая геометрия трубок показала лучшую устойчивость: воздух удерживается стабильнее, а волновые нагрузки не приводят к деградации плавучести.
Масштабирование: от труб к платформам
Соединяя несколько труб, исследователи создали экспериментальные плоты, способные выдерживать нагрузку. По оценке Го, масштабирование технологии не представляет фундаментальных препятствий, что открывает путь к созданию:
— кораблей и плавучих платформ;
— морских сооружений и буёв;
— устойчивых понтонов и модульных конструкций.
Потенциал для волновой энергетики
Плавающие структуры, реагирующие на движение волн, могут использоваться для преобразования механической энергии волн в электрическую. Волновая энергетика остаётся слабо освоенным возобновляемым ресурсом, и долговечные плавучие конструкции являются ключевым технологическим барьером для её развития.
Научный и технологический контекст
Работа демонстрирует, что инженерия поверхности может радикально изменить макроскопические свойства материалов без изменения состава или формы. Супергидрофобные поверхности рассматриваются как перспективный класс функциональных материалов для морской техники, робототехники и энергетики.
Проект финансировался Национальным научным фондом США (NSF), Фондом Билла и Мелинды Гейтс и Институтом науки о данных и ИИ Гёргена. Результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
Аналитический комментарий
Несмотря на впечатляющие лабораторные результаты, практическое применение потребует решения ряда инженерных задач: устойчивость микротекстур к износу, биообрастанию и коррозии, а также экономическая масштабируемость лазерной обработки больших конструкций. Тем не менее концепция «воздушно-структурной плавучести» может стать альтернативой традиционным герметичным отсекам и пеноматериалам, особенно в модульных морских платформах и автономных системах.
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
