Una estructura metálica grabada con láseres, Derecha, flota hasta la parte superior de la superficie del agua en el laboratorio del profesor Chunlei Guo. Crédito:Foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster
Investigadores de la Universidad de Rochester, inspirado en las arañas de campana que se zambullen y las balsas de hormigas de fuego, han creado una estructura metálica que repele el agua, se niega a hundirse, sin importar la frecuencia con la que se sumerja en el agua o cuánto esté dañado o perforado.
¿Podría esto conducir a un barco insumergible? ¿Un dispositivo de flotación portátil que aún flotará después de ser perforado? ¿Dispositivos de monitoreo electrónico que pueden sobrevivir a largo plazo en el océano?
Todo lo anterior, dice Chunlei Guo, profesor de óptica y física, cuyo laboratorio describe la estructura en Materiales e interfaces aplicados de ACS.
La estructura utiliza una técnica innovadora que el laboratorio desarrolló para usar ráfagas de láseres de femtosegundos para "grabar" las superficies de los metales con intrincados patrones a micro y nanoescala que atrapan el aire y hacen que las superficies sean superhidrófobas. o repelente al agua.
Los investigadores encontraron, sin embargo, que después de estar sumergido en agua durante largos períodos de tiempo, las superficies pueden empezar a perder sus propiedades hidrofóbicas.
Entran las arañas y las hormigas de fuego, que puede sobrevivir largos períodos debajo o sobre la superficie del agua. ¿Cómo? Atrapando aire en un área cerrada. Arañas acuáticas Argyroneta, por ejemplo, crean una red submarina en forma de cúpula, la llamada campana de buceo, que llenan con el aire transportado desde la superficie entre sus piernas superhidrófobas y el abdomen. Similar, Las hormigas de fuego pueden formar una balsa atrapando aire entre sus cuerpos superhidrófobos.
"Esa fue una inspiración muy interesante, "Guo dice. Como señalan los investigadores en el documento:" La idea clave es que las superficies superhidrófobas (SH) multifacéticas pueden atrapar un gran volumen de aire, lo que apunta hacia la posibilidad de utilizar superficies SH para crear dispositivos flotantes ".
El laboratorio de Guo creó una estructura en la que las superficies tratadas en dos placas de aluminio paralelas miran hacia adentro, no hacia afuera, por lo que están encerrados y libres de desgaste y abrasión externos. Las superficies están separadas por la distancia justa para atrapar y retener suficiente aire para mantener la estructura flotando, en esencia creando un compartimento impermeable.
La estructura superhidrofóbica permanece a flote incluso después de un daño estructural significativo, perforada con seis orificios de 3 mm de diámetro y un orificio de 6 mm. Crédito:J. Adam Fenster / Universidad de Rochester
Incluso después de haber sido obligado a sumergirse durante dos meses, las estructuras rebotaron inmediatamente a la superficie después de que se liberó la carga, Dice Guo. Las estructuras también retuvieron esta capacidad incluso después de haber sido perforadas varias veces, porque el aire permanece atrapado en las partes restantes del compartimiento o estructuras contiguas.
Aunque el equipo usó aluminio para este proyecto, el "proceso de grabado" podría utilizarse literalmente para cualquier metal, u otros materiales, "Dice Guo.
Cuando el laboratorio de Guo demostró por primera vez la técnica de grabado, tomó una hora modelar un área de superficie de una pulgada por una pulgada. Ahora, utilizando láseres siete veces más potentes, y escaneo más rápido, el laboratorio ha acelerado el proceso, haciéndolo más factible para escalar para aplicaciones comerciales.