Forscher der University of Rochester lassen sich von der Natur inspirieren, indem sie Eigenschaften von Spinnen und Ameisen „untergraben“, um eine Metallstruktur zu schaffen, die so wasserabweisend ist, dass sie buchstäblich nicht untergeht.
Das unsinkbare Material weist Eigenschaften auf, die unabhängig von seiner Zeit im Wasser über Wasser bleiben, unabhängig davon, ob es beschädigt oder perforiert ist.
Könnte dies zu einem unsinkbaren Schiff führen?
Ein unbesiegbares Schiff ist der erste Gedanke, der einem in den Sinn kommt, aber es ist klar, dass es viele Anwendungsmöglichkeiten gibt. Eine tragbare Schwimmweste, die auch nach einer Punktion noch schwimmt? Elektronische Überwachungsgeräte, die im Meer langfristig überleben können?
Die Entdeckung ist das Ergebnis der Arbeit eines Teams der University of Rochester und Chunlei Guo, Professor am Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics in China. Das Labor Er beschrieb die Forschung in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials and Interfaces.
Das Projekt wurde aus Mitteln der Bill & Melinda Gates-Stiftung, dem US Army Research Office und der National Science Foundation.
Tochter eines Lasers
Die Einrichtung verwendet eine revolutionäre Technik, die vom Labor entwickelt wurde, um Metalloberflächen mit einem Femtosekundenlaser zu „gravieren“. Durch das Gravieren komplizierter Muster im Mikro- und Nanomaßstab ist es möglich, Luft einzuschließen und Oberflächen superhydrophob oder wasserabweisend zu machen.
Natürliche Inspiration
Die dem „unsinkbaren Metall“ verliehene Eigenschaft ist bereits in der Natur vorhanden: Einige Arten von Spinnen und Ameisen können lange Zeit unter oder auf der Wasseroberfläche überleben, indem sie Luft in einem geschlossenen Bereich einschließen. Argyroneta-Wasserspinnen zum Beispiel bilden ein kuppelförmiges Unterwassernetz, eine sogenannte Taucherglocke, die sich zwischen ihren superhydrophoben Beinen und Bauchmuskeln mit Luft füllt, die von der Oberfläche getragen wird. Ebenso können Feuerameisen ein Floß bilden, indem sie Luft zwischen ihren superhydrophoben Körpern einschließen.
Das Problem und die Lösung
"Das war eine sehr interessante Inspiration"sagt er Guo. Wie die Forscher in der Arbeit anmerken: "Die wichtigste Erkenntnis ist, dass facettierte superhydrophobe (SH) Oberflächen ein großes Luftvolumen einschließen können, was auf die Möglichkeit hinweist, SH-Oberflächen zur Herstellung schwimmender Geräte zu verwenden."
Das Labor von Guo hat eine Struktur geschaffen, bei der die behandelten Oberflächen auf zwei parallelen Aluminiumplatten nach innen und nicht nach außen zeigen, daher geschlossen und frei von äußerem Verschleiß und Abrieb sind. Die Oberflächen sind durch den richtigen Abstand voneinander getrennt, um genügend Luft einzufangen und zurückzuhalten, damit die Struktur schwebt, wodurch im Wesentlichen ein wasserdichtes Fach entsteht.
Selbst nachdem sie zwei Monate lang unter Wasser gestanden hatten, sprangen die Strukturen sofort an die Oberfläche, nachdem die Last freigesetzt wurde. Diese Fähigkeit behielten die Strukturen auch nach mehrmaligem Durchstechen bei, da Luft in den übrigen Teilen des Kompartiments oder in angrenzenden Strukturen eingeschlossen bleibt.
Obwohl das Team für dieses Projekt Aluminium verwendet hat, könnte der „Ätzprozess“ jedes Material oder Metall unsinkbar machen“, sagt Guo.
Die ersten Ätzversuche dauerten einige Zeit: Für eine Fläche von 2,5 Quadratzentimetern wurde eine Stunde benötigt.
