科学家设计了不会沉陷于蜘蛛和蚂蚁的金属结构

  这种金属结构具有很高的防水性(超疏水性),即使被刺穿也可以保持漂浮。创新的设计灵感来自潜水钟形蜘蛛和火蚁筏。

  郭春雷教授的实验室中,右边被激光蚀刻的金属结构浮在水面上。

科学家设计了不会沉陷于蜘蛛和蚂蚁的金属结构

  罗切斯特大学的光学和物理学教授郭春雷领导的研究人员使用高速飞秒激光脉冲将复杂的微米和纳米级图案蚀刻到铝板表面上。这些图案会捕集空气,使表面超疏水。

  然而,当板长时间浸泡在水中时,它们最终开始失去其疏水性并沉没。幸运的是,大自然已经找到了解决方案。

  潜水钟形蜘蛛(Argyroneta aquatic)可以通过将空气滞留在其圆顶状网中(也称为潜水钟形)中,在水下长时间生存。纤维网从蜘蛛的超疏水性双腿和腹部之间的表面输送空气。火蚁采用类似的策略,在许多个体中形成一个巨大的筏子,这要归功于蚂蚁的超疏水体之间的空气,它们可以保持漂浮。

  郭说:“那是一个非常有趣的灵感。” 正如研究人员在论文中指出的那样:“关键的见解是,多面超疏水(SH)表面可以捕获大量的空气,这表明使用SH表面制造浮力装置的可能性。”

  研究人员通过用激光蚀刻图案来处理两个铝板,然后将它们彼此平行,面向内而不是朝外。所形成的结构是封闭的,没有外力。板之间的间隔恰到好处,以使该结构可以捕获空气以保持其漂浮。本质上,即使结构因重物而被迫浸入水中,该装置仍可形成不透气的防水隔间。

  试验表明,淹没了两个月后,也该结构仍反弹到表面的水,一旦重量被释放。当该结构被多次刺穿时,它仍可能漂浮,因为空气仍被困在未损坏的部分中。郭说,尽管他们在这项研究中使用了铝,但是使用这种蚀刻工艺可以使任何金属浮起。

  据研究人员称,该技术已准备好用于商业应用,因为该行业已经配备了进行纳米级蚀刻所需的快速扫描激光器。可能的应用包括不沉没的船,高度防水的可穿戴设备以及可以在海洋中长期执行任务的电子监视传感器。


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