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研究人员开发了一种技术,可确保船舶永不沉没。这项技术灵感来自水蛛(Argyroneta aquatica)。这项雄心勃勃的技术采用了一种材料,利用超疏水特性捕捉气泡。研究团队在这种特殊金属中加入了分隔层,增强了其在水中的浮力。这一特性使他们建议将这些金属规模化,以与筏子等设备配合使用,从而在未来开发出不沉的结构。关于这项技术的研究成果已发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》和《Advanced Functional Materials》期刊上。
据《大众机械》报道,水蛛是其属“Argyronetidae”中唯一完全生活在水中的成员。其腿部和腹部具有超疏水(SH)特性,能够将可呼吸的气泡带入其圆顶状的“潜水钟”中。这些气泡从周围环境中获取,使蜘蛛即使在水下也能满足呼吸需求。多年来,郭春雷一直在研究这些超疏水特性,以探究是否能在人造材料中制造出类似特性。郭春雷及其团队提出了最先进的原型,使这一设想成为可能。
这一发现具有革命性意义,因为它意味着研究人员手中拥有了一种不沉的材料。据罗切斯特大学介绍,郭春雷及其团队于2019年首次展示了人造材料的超疏水技术。他们展示了两个密封在一起的超疏水圆盘,使其具备浮力。这是一次突破性的展示,但也存在若干缺陷。这些圆盘如果以过大的角度浸入水中,可能会失去浮力。当前的原型不仅改进了之前的设计,而且在方法上也更为简化。
研究中解释的工艺被应用于不同长度的普通铝金属管。这些管子内部经过蚀刻处理,以在表面形成微米级和纳米级的凹坑。这样一来,研究人员希望这些金属管能够变得超疏水。超疏水,说白了就是能防水、保持干爽。这种金属管将能够漂浮在水面上,不管水深还是管子破了都没事。
就像潜水钟蜘蛛那样,钻进水里以后,这些管子的超疏水表面会抓住一个稳定的气泡。这个气泡是整个过程中的关键,因为这个气泡能防止管子泡水、沉下去。火蚁也靠类似的办法,用它们防水的身体搭成浮筏。为了让金属管一直能飘着,研究人员在管子里加了一个隔板。这个隔板装在管子中间,就算管子直着插进水里,也能在里面兜住一个气泡。
这些管子在水里的浮力比圆盘大,就算水流很急也没问题。“我们在特别糟糕的环境里一连测试了几周,发现它们的浮力一点没减弱,”郭分享道。“你可以在上面戳大洞,我们证明了就算你把管子戳得千疮百孔,它们照样能浮起来。”研究人员推测,可以把多个管子组合在一起,做成船只、漂浮平台和浮标。用这种金属做的筏子还能靠集水能力,帮可再生能源的发展更上一层楼。
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