Craig Zuhlke (izquierda), un profesor asistente de investigación, y Aaron Ediger, un asistente de investigación graduado, Observe cómo un láser modifica una pequeña muestra de metal. La investigación, dirigido por Dennis Alexander de Nebraska, está modificando superficies metálicas para imitar propiedades biológicas, incluida la piel de tiburón. La investigación se utiliza principalmente para fines industriales y de defensa. Crédito:Troy Fedderson | Comunicación Universitaria
Perfeccionado por 450 millones de años de evolución, La piel de tiburón ofrece un diseño casi perfecto para deslizarse sin esfuerzo por el agua.
Un equipo de investigación de la Universidad de Nebraska – Lincoln dirigido por Dennis Alexander está trabajando para traducir esa ventaja evolutiva, y otras creadas por la madre naturaleza, en superficies metálicas. Por último, el trabajo le dará al metal las mismas propiedades únicas, permitiendo su uso con fines de defensa e industriales.
"Nuestras estructuras son muy importantes para los militares, Boeing y NASA, "dijo Alejandro, Profesor Kingery de Ingeniería Eléctrica e Informática. "Estamos enfatizando estas estructuras usando estas superficies en ambientes hostiles, pero no hay ninguna superficie de metal que no podamos funcionalizar ".
Su equipo utiliza pulsos de láser de ráfagas extremadamente cortas, que duran minúsculas fracciones de segundo, para alterar solo el borde mismo de una superficie metálica. La alteración del ángulo del láser y otros parámetros crea superficies que imitan la naturaleza.
Al copiar la estructura microscópica de la piel de tiburón en metal, el equipo de investigación crea un superhidrófilo, o que absorbe el agua, material. Esta propiedad reduce la resistencia y podría usarse para crear embarcaciones sumergibles que viajen más lejos bajo el agua usando menos energía.
Una muestra de metal modificada para imitar la piel de un tiburón repele el agua cuando se coloca en un vaso de precipitados. El metal modificado podría usarse algún día para crear sumergibles que puedan viajar de manera más eficiente a través del agua. Crédito:Troy Fedderson | Comunicación Universitaria
Las superficies creadas por láser de Nebraska también mejoran la transferencia de calor, una característica importante en muchos sistemas militares y comerciales.
Otras superficies naturales estudiadas por el equipo de Alexander incluyen pétalos de rosa, escarabajos y ojos de polilla.
Los pétalos de rosa son superhidrofóbicos, haciendo que el agua de lluvia se deslice en forma de perlas. Como sus homólogos superhidrófilos, Superficies superhidrofóbicas reducen el arrastre. Las aplicaciones incluyen suministros médicos que repelen líquidos y no pueden contaminarse con sangre u otros fluidos, metales antibacterianos para el reemplazo de articulaciones, reducir la acumulación de hielo en los semáforos y las líneas eléctricas, y mejora de intercambiadores de calor de condensador, incluidos los que se utilizan para recuperar agua en el espacio.
Gotas de agua borrosas caen de una sección de cable que se usa para transmitir electricidad. El laboratorio de Dennis Alexander está llevando a cabo un proyecto que modificará los cables de las líneas eléctricas para que repelan las precipitaciones. El trabajo se muestra prometedor para reducir la formación de hielo en las líneas eléctricas. Crédito:Universidad de Nebraska-Lincoln
El equipo de Alexander está trabajando con la NASA para mejorar los intercambiadores de calor. El trabajo tiene el potencial de hacer avanzar los planes de viajes al espacio profundo, incluidas las misiones a Marte.
Los exoesqueletos de los escarabajos que viven en regiones desérticas presentan superficies que, como la piel de tiburón, son superhidrófilas. Cuando las superficies metálicas que imitan a los escarabajos se colocan cerca unas de otras, generan una acción de absorción sin bomba que puede atraer líquido hacia arriba (ver el gif animado a continuación).
"El concepto podría utilizarse en países (en desarrollo) para bombear agua a la superficie sin electricidad, ", Dijo Alexander." Básicamente, es de la misma manera que la madre naturaleza lo hace en árboles y plantas ".
Diseñado para revolotear por la noche y evitar ser detectado por depredadores, Los ojos de polilla absorben un amplio espectro de luz. Al traducir esas propiedades superficiales en metal, el equipo crea un metal antirreflectante que mejora la eficiencia del panel solar y hace que los aviones sigilosos sean más difíciles de rastrear.
