Craig Zuhlke (à gauche), un professeur assistant de recherche, et Aaron Ediger, un assistant de recherche diplômé, regardez comme un laser modifie un petit échantillon de métal. La recherche, dirigé par Dennis Alexander du Nebraska, modifie les surfaces métalliques pour imiter les propriétés biologiques, y compris la peau de requin. La recherche est principalement utilisée à des fins militaires et industrielles. Crédit :Troy Fedderson | Communication universitaire
Aiguisé par 450 millions d'années d'évolution, La peau de requin offre un design presque parfait pour glisser sans effort dans l'eau.
Une équipe de recherche de l'Université du Nebraska-Lincoln dirigée par Dennis Alexander s'efforce de traduire cet avantage évolutif - et d'autres créés par Mère Nature - sur des surfaces métalliques. Finalement, le travail donnera au métal les mêmes propriétés uniques, lui permettant d'être utilisé à des fins militaires et industrielles.
"Nos structures sont très importantes pour l'armée, Boeing et la NASA, " dit Alexandre, Professeur Kingery de génie électrique et informatique. "Nous mettons l'accent sur ces structures en utilisant ces surfaces dans des environnements difficiles, mais il n'y a aucune surface métallique que nous ne puissions fonctionnaliser."
Son équipe utilise des impulsions laser à rafales extrêmement courtes - celles qui durent de minuscules fractions de seconde - pour modifier juste la frange même d'une surface métallique. La modification de l'angle du laser et d'autres paramètres crée des surfaces qui imitent la nature.
En copiant la structure microscopique de la peau de requin sur du métal, l'équipe de recherche crée un super-hydrophile, ou évacuant l'eau, Matériel. Cette propriété réduit la traînée et pourrait être utilisée pour créer des engins submersibles qui voyagent plus loin sous l'eau en utilisant moins d'énergie.
Un échantillon de métal modifié pour imiter la peau de requin repousse l'eau lorsqu'il est placé dans un bécher. Le métal modifié pourrait un jour être utilisé pour créer des submersibles capables de voyager plus efficacement dans l'eau. Crédit :Troy Fedderson | Communication universitaire
Les surfaces créées au laser du Nebraska améliorent également le transfert de chaleur, une caractéristique importante dans de nombreux systèmes militaires et commerciaux.
D'autres surfaces naturelles étudiées par l'équipe d'Alexander incluent des pétales de rose, les coléoptères et les yeux des mites.
Les pétales de rose sont super hydrophobes, faisant glisser l'eau de pluie en perles. Comme leurs homologues super-hydrophiles, les surfaces super-hydrophobes réduisent la traînée. Les applications incluent les fournitures médicales qui repoussent les liquides et ne peuvent pas être contaminées par du sang ou d'autres fluides, métaux antibactériens pour le remplacement des articulations, réduire l'accumulation de glace sur les feux de circulation et les lignes électriques, et l'amélioration des échangeurs de chaleur des condenseurs, y compris ceux utilisés pour récupérer l'eau dans l'espace.
Des gouttelettes d'eau floues s'échappent d'une section de fil utilisé pour transmettre l'électricité. Le laboratoire de Dennis Alexander poursuit un projet qui modifiera les fils des lignes électriques afin qu'ils repoussent les précipitations. Les travaux sont prometteurs pour réduire la formation de glace sur les lignes électriques. Crédit :Université du Nebraska-Lincoln
L'équipe d'Alexander travaille avec la NASA sur l'amélioration des échangeurs de chaleur. Le travail a le potentiel de faire avancer les plans pour les voyages dans l'espace lointain, y compris les missions vers Mars.
Les exosquelettes de coléoptères vivant dans les régions désertiques présentent des surfaces qui, comme la peau de requin, sont super-hydrophiles. Lorsque des surfaces métalliques qui imitent les coléoptères sont placées à proximité les unes des autres, ils génèrent une action de mèche sans pompe qui peut attirer le fluide vers le haut (voir le gif animé ci-dessous).
"Le concept pourrait être utilisé dans les pays (en développement) pour pomper de l'eau à la surface sans électricité, " dit Alexandre. " En gros, c'est de la même manière que Mère Nature le fait dans les arbres et les plantes."
Conçu pour voler la nuit et éviter d'être détecté par les prédateurs, les yeux des mites absorbent un large spectre de lumière. En traduisant ces propriétés de surface sur le métal, l'équipe crée un métal antireflet qui améliore l'efficacité des panneaux solaires et rend les avions furtifs plus difficiles à suivre.
