En metallisk struktur etsade lasrar, höger, flyter till toppen på vattenytan i professor Chunlei Guos labb. Kredit:University of Rochester foto / J. Adam Fenster
University of Rochester forskare, inspirerad av dykklocka spindlar och flottar av eldmyror, har skapat en metallisk struktur som är så vattenavvisande, den vägrar att sjunka — oavsett hur ofta den tvingas ner i vatten eller hur mycket den är skadad eller punkterad.
Kan detta leda till ett osänkbart fartyg? En bärbar flytanordning som fortfarande flyter efter att ha blivit punkterad? Elektroniska övervakningsanordningar som kan överleva på lång sikt i havet?
Alla ovanstående, säger Chunlei Guo, professor i optik och fysik, vars labb beskriver strukturen i ACS Applied Materials and Interfaces.
Strukturen använder en banbrytande teknik som labbet utvecklat för att använda femtosekundskurar av lasrar för att "etsa" ytorna på metaller med invecklade mikro- och nanoskalamönster som fångar luft och gör ytorna superhydrofoba, eller vattenavvisande.
Forskarna fann, dock, att efter att ha varit nedsänkt i vatten under långa perioder, ytorna kan börja förlora sina hydrofoba egenskaper.
Gå in i spindlarna och eldmyrorna, som kan överleva långa perioder under eller på vattenytan. Hur? Genom att fånga in luft i ett slutet område. Argyroneta vattenlevande spindlar, till exempel, skapa en kupolformad undervattensväv – en så kallad dykklocka – som de fyller med luft som transporteras från ytan mellan deras superhydrofoba ben och mage. Liknande, eldmyror kan bilda en flotte genom att fånga in luft bland sina superhydrofoba kroppar.
"Det var en mycket intressant inspiration, " Guo säger. Som forskarna noterar i tidningen:"Nyckelinsikten är att mångfacetterade superhydrofoba (SH) ytor kan fånga in en stor luftvolym, vilket pekar mot möjligheten att använda SH-ytor för att skapa flytande enheter."
Guos labb skapade en struktur där de behandlade ytorna på två parallella aluminiumplattor är vända inåt, inte utåt, så de är inneslutna och fria från yttre slitage och nötning. Ytorna är åtskilda med precis rätt avstånd för att fånga och hålla tillräckligt med luft för att hålla strukturen flytande - i huvudsak skapar ett vattentätt fack.
Den superhydrofoba strukturen förblir flytande även efter betydande strukturella skador - punkterad med sex hål med 3 mm diameter och ett 6 mm hål. Kredit:J. Adam Fenster/University of Rochester
Även efter att ha tvingats nedsänkas i två månader, strukturerna studsade omedelbart tillbaka till ytan efter att lasten släppts, säger Guo. Strukturerna behöll också denna förmåga även efter att ha punkterats flera gånger, eftersom luft förblir instängd i återstående delar av utrymmet eller angränsande strukturer.
Även om teamet använde aluminium för detta projekt, "etsprocessen" skulle kunna användas för bokstavligen alla metaller, eller annat material, " säger Guo.
När Guo-labbet först demonstrerade etsningstekniken, det tog en timme att mönstra en yta av en tum-för-en-tums yta. Nu, genom att använda lasrar sju gånger så kraftfulla, och snabbare skanning, labbet har påskyndat processen, gör det mer möjligt att skala upp för kommersiella tillämpningar.
