研究人员表示,这种超疏水金属管能内部锁定稳定气泡,使其在类似海洋的恶劣条件下仍可靠漂浮。
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1912年4月泰坦尼克号沉没113年后,"永不沉没的船舶"这一构想仍激发着工程师的想象力。如今美国研究人员宣布,他们已向这个目标迈出实质性一步。
近日,罗切斯特大学团队报告了一种让普通铝管实现永久漂浮的新方法——即使遭受严重损坏并长时间浸没仍能保持浮力。研究人员称,该技术最终可能支撑船舶、浮标、浮动平台乃至可再生能源系统的新设计。
永不沉没的激光处理金属
该研究由光学与物理学教授、激光能量实验室高级科学家郭春雷领衔。团队以铝管这种简单结构为研究对象:普通铝管一旦进水就会沉没。为改变这一特性,他们在铝管内表面采用激光蚀刻工艺,形成微米级和纳米级凹坑结构,使金属表面具备超疏水性,即强烈排斥水分且浸没时保持干燥。
经处理的铝管入水后,内部会锁住稳定的空气层。这层空气阻隔水分填充管道,使其无论浸没多久都能保持浮力。
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源于自然的储气灵感
这种漂浮机制借鉴了自然界的智慧:潜水钟蜘蛛通过锁住气泡在水下生存,火蚁在洪灾时则利用疏水身体联结成漂浮筏。罗切斯特团队增加了关键设计提升可靠性——在每根管道中央设置隔板以稳定气泡层。郭春雷解释:"即便将管道垂直压入水中,气泡仍能保持锁定状态,确保漂浮能力。"该设计能防止气泡在突然移动或方向改变时逃逸。
恶劣环境中的卓越表现
郭春雷实验室2019年曾演示超疏水漂浮装置,当时采用双处理圆盘密封设计。虽然有效,但圆盘系统在极端倾斜角度可能失稳。新型管道设计解决了这个问题:即使在类似汹涌海况的湍流中仍能保持浮力。郭春雷补充:"我们在严苛环境中进行了数周测试,未发现浮力衰减。即使凿出大量孔洞,管道依旧漂浮。"这种抗损伤特性使其具备实际海洋应用价值。
从漂浮筏到波浪发电
研究团队证明多根管道可联结成大型漂浮结构。实验室测试中使用的管道长度接近50厘米,郭春雷表示该技术可扩展至适合承重平台的更大尺寸。这种联结结构可作为船舶、浮动码头或海洋浮标的基础。除交通与基础设施领域外,研究人员还探索了能源应用:由超疏水管组成的漂浮筏可随波浪运动,通过驱动发电机实现海洋可再生能源发电。
该研究已发表于《先进功能材料》期刊。
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