Прошло уже более века с тех пор, как затонул «Титаник», но инженеры до сих пор надеются однажды создать «непотопляемые» корабли. В рамках реализации этой амбициозной цели в Институте оптики Рочестерского университета разработали новую технологию, которая делает обычные металлические трубки непотопляемыми — они остаются на плаву независимо от того, как долго находятся в воде или насколько сильно повреждены.
Методика придания трубкам сверхплавучести описана в журнале Advanced Functional Materials. И она, если в двух словах, выглядит довольно просто: лазерным травлением внутренней поверхности алюминиевых трубок на ней создают микро- и нановпадины, которые придают материалу супергидрофобные свойства — он отталкивает воду и остается сухим.
Когда обработанная трубка погружается в воду, супергидрофобная поверхность удерживает внутри стабильный воздушный пузырь, что не позволяет трубке наполниться водой и утонуть. Этот механизм аналогичен тому, как водяной паук-серебрянка удерживает воздушный пузырь под водой или как огненные муравьи формируют плавучие плоты благодаря гидрофобности своих тел.
«Ключевым моментом стало добавление перегородки в середину трубки. Теперь даже при вертикальном погружении в воду воздушный пузырь остается внутри, и трубка сохраняет плавучесть», — объясняет профессор Го Чунлэй, руководивший исследованием.
Впервые его лаборатория представила плавучие устройства на основе супергидрофобных материалов в 2019 году — тогда это были два скрепленных диска. Новая трубчатая конструкция упрощает и улучшает технологию по нескольким важным направлениям. Ранее разработанные диски могли терять плавучесть при сильном наклоне, а трубки устойчивы к турбулентным условиям, характерным для морской среды.
«Мы испытывали их в очень сложных условиях неделями и не обнаружили ухудшения плавучести, — говорит Го. — Можно проделать в них большие отверстия, и мы показали: даже серьезно поврежденные трубки с множеством пробоин все равно остаются на плаву».
Несколько трубок можно соединить в плоты, которые могут стать основой для кораблей, буев и плавучих платформ. В лабораторных экспериментах команда тестировала конструкции разной длины — до почти полуметра. Го отмечает, что технологию легко масштабировать до размеров, необходимых для создания несущих плавучих устройств.
Исследователи также продемонстрировали, как плоты из супергидрофобных трубок можно использовать для преобразования энергии морских волн в электричество, что открывает перспективное направление в области возобновляемых источников энергии.
Германия запускает первую в мире вертикальную плавучую солнечную электростанцию
3D-модель «Титаника» подтвердила подвиг инженеров в тонущем машинном отделении
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram