Une structure métallique gravée au laser, droit, flotte à la surface de l'eau dans le laboratoire du professeur Chunlei Guo. Crédit :Université de Rochester photo / J. Adam Fenster
Chercheurs de l'Université de Rochester, inspiré des araignées-cloches plongeantes et des radeaux de fourmis de feu, ont créé une structure métallique si hydrofuge, il refuse de couler, peu importe combien de fois il est forcé dans l'eau ou combien il est endommagé ou perforé.
Cela pourrait-il conduire à un navire insubmersible ? Un dispositif de flottaison portable qui flottera encore après avoir été perforé ? Des dispositifs de surveillance électronique qui peuvent survivre à long terme dans l'océan ?
Tout ce qui précède, dit Chunlei Guo, professeur d'optique et de physique, dont le laboratoire décrit la structure dans ACS Applied Materials and Interfaces.
La structure utilise une technique révolutionnaire développée par le laboratoire pour utiliser des rafales de lasers femtosecondes pour "graver" les surfaces des métaux avec des motifs complexes à l'échelle micro et nanométrique qui piègent l'air et rendent les surfaces superhydrophobes, ou hydrofuge.
Les chercheurs ont trouvé, cependant, qu'après avoir été immergé dans l'eau pendant de longues périodes, les surfaces peuvent commencer à perdre leurs propriétés hydrophobes.
Entrez les araignées et les fourmis de feu, qui peut survivre de longues périodes sous ou à la surface de l'eau. Comment? En emprisonnant l'air dans un espace clos. Araignées aquatiques Argyroneta, par exemple, créent une toile sous-marine en forme de dôme - une soi-disant cloche de plongée - qu'ils remplissent d'air transporté de la surface entre leurs jambes et leurs abdomens super-hydrophobes. De la même manière, les fourmis de feu peuvent former un radeau en piégeant l'air parmi leurs corps superhydrophobes.
"C'était une inspiration très intéressante, " Dit Guo. Comme les chercheurs le notent dans l'article :" L'idée clé est que les surfaces superhydrophobes (SH) à multiples facettes peuvent piéger un grand volume d'air, ce qui indique la possibilité d'utiliser des surfaces SH pour créer des dispositifs flottants."
Le laboratoire de Guo a créé une structure dans laquelle les surfaces traitées sur deux plaques d'aluminium parallèles sont tournées vers l'intérieur, pas vers l'extérieur, ils sont donc enfermés et exempts d'usure et d'abrasion externes. Les surfaces sont séparées par la bonne distance pour piéger et retenir suffisamment d'air pour maintenir la structure flottante, créant essentiellement un compartiment étanche.
La structure superhydrophobe reste à flot même après des dommages structurels importants - perforée de six trous de 3 mm de diamètre et d'un trou de 6 mm. Crédit :J. Adam Fenster/Université de Rochester
Même après avoir été forcé de s'immerger pendant deux mois, les structures ont immédiatement rebondi à la surface après le relâchement de la charge, dit Guo. Les structures ont également conservé cette capacité même après avoir été perforées plusieurs fois, car l'air reste emprisonné dans les parties restantes du compartiment ou des structures adjacentes.
Bien que l'équipe ait utilisé de l'aluminium pour ce projet, le "processus de gravure" pourrait être utilisé pour littéralement tous les métaux, ou d'autres matériaux, " dit Guo.
Lorsque le laboratoire Guo a fait la première démonstration de la technique de gravure, il a fallu une heure pour modeler une surface d'un pouce sur un pouce. Maintenant, en utilisant des lasers sept fois plus puissants, et une numérisation plus rapide, le laboratoire a accéléré le processus, ce qui rend plus faisable pour la mise à l'échelle pour les applications commerciales.
