Вчені створили метал, який неможливо втопити

Металеві конструкції зазвичай підкоряються простому правилу: залишайся герметичним або йди на дно. Коли вода проникає всередину, гра закінчена. Але група дослідників з Університету Рочестера в штаті Нью-Йорк довела, що це вікове припущення більше не працює.

Команда вчених створила невеликий алюмінієвий циліндр, який категорично відмовляється залишатися під водою. Його можна занурити на глибину, нахилити під неможливими кутами або навіть продірявити отворами, але він все одно спливає на поверхню. Секрет не в магічному сплаві, а в повітрі, яке утримується завдяки поверхні, що абсолютно відштовхує воду.

Природа розгадала цю загадку давно. Візьмемо водяного павука. Він проводить все життя під водою, утримуючи бульбашку кисню біля свого тіла за допомогою крихітних волосків, що відштовхують воду. Вогняні мурахи роблять щось подібне, з'єднуючи свої тіла у живі плоти, які переживають повені, захоплюючи повітря між лапками.

Дослідники взяли за основу ці природні здібності, але адаптували матеріал. Вони зосередилися на металі, спроектованому так, щоб поводитися як біологічна поверхня, що відштовхує воду. При цьому вони переконалися, що метал витримує серйозні навантаження. На практиці це означає створені лазером ямки та виступи, настільки малі, що їх неможливо побачити без потужних мікроскопів. Команда вигравірувала канавки, які захоплюють повітря і не дають воді розповсюджуватися по поверхні.

Коли вода стикається з такою мікротекстурованою поверхнею, вона збирається в краплі і відскакує. Поверхневий натяг допомагає зберігати межу між водою і повітрям неушкодженою, тому бульбашка зберігається. Трубка зберігає внутрішню кишеню повітря, а повітря забезпечує плавучість.

«Ми тестували їх у дуже жорстких умовах протягом кількох тижнів і не виявили жодного погіршення їхньої плавучості», заявив Чунлей Го, старший автор дослідження. «Ви можете пробити в них великі отвори, і ми показали, що навіть якщо ви серйозно пошкодите трубки, пробивши стільки отворів, скільки зможете, вони все одно плаватимуть».

Хоча слово «непотоплюваний» звучить досить сміливо у світі після Титаніка, ці конструкції виявилися надзвичайно міцними. Вони пережили тижні турбулентної води та сильних ударів, не втративши здатності спливати. Нові металеві трубки продовжують плавати після важких ударів, тривалої турбулентності та значних структурних пошкоджень.

Трубки з Рочестера задумані як будівельний блок, а не готовий корпус корабля. Кілька таких елементів можна з'єднати разом у більші конструкції. Команда вже продемонструвала, що кілька трубок можна об'єднати в плотоподібні збірки.

Нове дослідження базується на попередній розробці лабораторії Го: герметичних дисках, оброблених лазером, які плавали завдяки супергідрофобним поверхням. Але турбулентна вода могла перевернути диски в положення, при якому повітря виходило назовні. Трубки вирішують цю проблему за допомогою внутрішньої перегородки, яка допомагає утримувати повітряну кишеню навіть коли трубку штовхають вниз.

Конструкція може також знайти застосування в енергетиці. Дослідники показали, що плоти, зроблені з трубок, можна поєднати з простими генераторами для перетворення руху води в електрику. Коли хвилі або припливи переміщують плавучу конструкцію, цей рух можна використовувати для виробництва енергії.

Наразі трубки тестувалися лише в лабораторних умовах. Відкритим залишається питання, чи збережуть їхні поверхні, що захоплюють повітря, ефективність у реальних морських умовах, де сіль, органічні нарости, абразивний знос та тривала експлуатація можуть вплинути на продуктивність.

Дослідження опубліковане в журналі Advanced Functional Materials.