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作者:洞拐 | 科工自媒体博主
据科技日报1月28日报道,美国罗切斯特大学研究出一种“永不沉没”的金属管,无论在水中浸泡多长时间,或遭受多大损坏,都能保持漂浮状态。比较新奇的是,美国这个“永不沉没”的金属管,它的密度并不比水小。它能够浮在水面,靠的是材料表面的超疏水性,原理与水黾相似。
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但这个金属管的技术又不完全等同于水黾。它通过在金属管表面刻蚀出微米和纳米级坑洞,使其表面具备超疏水性,而当金属管进入水中时,管内会形成稳定气泡,最终靠浮力浮在水面上。所以更恰当的比喻是潜水钟蜘蛛而不是水黾,因而也并不像水黾一样只有在水面才能漂浮,而是像潜水钟蜘蛛一样潜入水中也可以浮起来。按照科技日报的说法,“当经过处理的管子进入水中时,超疏水表面会在管内形成稳定的气泡,从而防止管道被水浸泡并沉入水中。”
为了维持气泡稳定性,研究人员还在管子中间加入了隔板,这样即使管子垂直推进水中,气泡也能保持在管内。所以这个“永不沉没”的金属管,是“超疏水表面”和“气泡”在共同起作用,不是单纯的“超疏水浮力”。同时它也不是单纯的对“水黾”的仿生,甚至不是单纯的对“潜水钟蜘蛛”的仿生,而是对“潜水钟蜘蛛+竹子”的双重仿生。金属管中间加隔板这个操作,模仿的就是竹子。所以这个金属管的用途之一,就是多根金属管拼成浮筏,像竹筏一样飘在水面。
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那对此我们就有一个疑问,如果把这个金属管强制按入水中,按多深它会失去浮力。首先在深海肯定是不行的,比如马里亚纳海沟那样的地方,因为压力太大,气泡形成都很困难,所以这个金属管也够呛。那在浅水中,在气泡有条件存在的水中,这个金属管还能飘起来吗?
按我个人的理解,这个金属管并不是靠结构,在内部形成了带气泡的空腔。若如此,那就不可能“遭受多大损坏,都能保持漂浮状态”。所以金属管表面的气泡,应该是由超疏水结构产生的、尺寸在微米级的小气泡。而中间隔板导致的“宏观气泡”,只是维持垂直入水时的稳定,并不是浮力的根本来源。所以这个金属管的入水深度,只要压力不大到可以压破微米级气泡的程度,应该都能浮起来。
当然能破坏气泡的不止是水压,如果我把这个管子按入水中,然后用手或其他工具把内外表面的气泡都破坏掉,那它应该就沉底了。我想这也是它要做成管状的原因,因为做成管状后,内部的微气泡就不容易受到破坏,可以保持金属管的浮力。
可惜的是,根据公开报道,科研人员似乎并未做针对性的水深测试。目前在自然入水情况下,金属管都能漂浮,估计这个深度可能不超过1米。而根据该金属管可用于船只的说法,船只的吃水深度一般也在米级,所以我估计这个管子在10米以内上浮应该没有问题。
不过这也是该材料危险的地方,它可能存在一个临界深度:在临界深度以上,它可以稳定上浮;而一旦到临界深度以下,随着水压把气泡压破,浮力可能会瞬间丧失。所以如果用这种材料做潜水器,危险度还是非常高的,它的场景还是留在水面上好。
不过美国这个“永不沉没”的金属管,确实开拓了我们的思路。传统浮力材料的制造,一般是通过降低材料密度,来让其在水中上浮,相当于在材料内部做文章;而美国这个金属管,它做的是“表面功夫”,通过表面与水相互作用产生的气泡,来“外部性”地降低密度,进而上浮。
沿着这个思路,哪怕在气泡无法稳定存在的深海里,只要能让材料表面与海水作用,生成密度更小的东西,那原则上就能适用于深海。也许美国这个“永不沉没”的金属管做潜水器不合适,但保不齐将来哪个国家做出的金属管,就能用于深海潜水器了。
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