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美国研发出超疏水金属结构,不易沉没

2019-11-9 19:24| 查看: 509| 评论: 0|来源: 科界App

受蜘蛛和火蚁启发,美国罗彻斯特大学的研究人员近日制造了一种超疏水金属结构。这种结构对水有极强的排斥性,不论被压入水底多少次,或者受到多么严重的破坏都不会下沉。超疏水金属结构可以用于制造永不沉没的船舶、被刺穿后还能漂浮的可穿戴漂浮装置或者长期漂浮的海洋电子监控设备吗?罗彻斯特大学光学和物理学教授Chunlei Guo认为,这些设想皆有可能。他的团队在《ACS应用材料与界面》杂志报道了相关研究成果。



超疏水金属结构正浮出水面。


Guo等使用了其实验室开发的一项突破性技术:利用飞秒激光在金属表面“蚀刻”出纳米尺度的复杂微观图案。这些图案可以捕捉空气,使金属表面具备超疏水特性。然而,研究人员发现,长时间浸泡在水中后,金属表面的疏水性可能会逐渐消失。



研究人员将重物压在超疏水金属结构上方,使其沉入水底。两个月之后,它仍然能立刻浮出水面。


回到蜘蛛和蚂蚁的例子。为什么它们能够在水下或者水面上呆很长时间呢?因为它们充分利用了密闭空气区域。例如水生蜘蛛会在水下“编织”一个圆顶状的“潜水钟”。由于它们的腿部和腹部极度疏水,两者之间的空间可以充满空气。类似的,火蚁可以截留流经其超疏水身体的空气,做成“空气筏”。Guo说:“这是一个非常有趣的灵感。它给我们的关键启示在于,多面超疏水表面(MSHS)能够截留大量空气,这对制造漂浮装置非常重要。”



即便遭受了严重损坏,超疏水金属结构仍然具备漂浮能力。


由此,Guo的团队对超疏水金属表面进行了改进,设计了这样一个结构:对平行放置的铝板内侧、而非外侧进行处理,使两者形成封闭结构,并避免了外部磨损。铝板之间保持适当的距离,以截留足够的空气,为结构提供浮力。从本质上讲,这是一个牢固的防水隔间。Guo说,新设计的金属结构即便被压入水底两个月,也能在载荷释放后立即弹回水面。此外,即便金属结构被多次刺穿,也能依靠剩余部分的空气,继续保持悬浮性。

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Guo在实验中使用铝作为制作金属结构的材料,但实际上,“蚀刻工艺”是可以用于任何金属或其他材料的。在首次演示实验中,Guo等花费了近1个小时才完成了一个小型表面(约1平方英寸)的蚀刻。目前,得益于7倍增强的激光和更快的扫描技术,蚀刻工艺的速度已显著加快,更具商业应用价值。

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