Hacia el barco insumergible: arañas y hormigas inspiran un material que no se hunde

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material insumergible

Flota incluso después de ser perforado

Investigadores de la Universidad de Rochester, inspirados en las campanas de las araña de agua y las balsas de las hormigas de fuego (Solenopsis), han creado una estructura metálica que es tan repelente al agua que se niega a hundirse, sin importar con qué frecuencia se la fuerce bajo el agua o cuánto se dañe o pinche.

¿Podría esto conducir a un barco insumergible? ¿Un dispositivo portátil de flotación que aún flote después de ser perforado? ¿Dispositivos de monitoreo electrónico que puedan sobrevivir a largo plazo en el océano?

Todo lo anterior, dice Chunlei Guo, profesor de óptica y física, cuyo laboratorio ACS Applied Materials and Interfaces describe la estructura.

La estructura utiliza una innovadora técnica que el laboratorio desarrolló para usar explosiones de láseres de femtosegundos para "grabar" las superficies de metales con intrincados patrones de micro y nanoescala que atrapan el aire y hacen que las superficies sean superhidrofóbicas o repelentes al agua.

Sin embargo, los investigadores descubrieron que después de sumergirse en agua durante largos períodos de tiempo, las superficies pueden comenzar a perder sus propiedades hidrofóbicas.

Añadamos arañas y hormigas de fuego, que pueden sobrevivir largos períodos bajo o sobre la superficie del agua. ¿Cómo? Atrapando aire en un área cerrada. Las arañas Argyroneta aquatica, por ejemplo, crean una red submarina en forma de cúpula, una llamada campana de buceo, que llenan de aire transportado desde la superficie entre sus patas superhidrófobas y su abdomen. Del mismo modo, las hormigas de fuego pueden formar una balsa atrapando aire entre sus cuerpos superhidrofóbicos.

"Esa fue una inspiración muy interesante", dice Guo. Como señalan los investigadores en el documento: "La idea clave es que las superficies superhidrofóbicas (SH) multifacéticas pueden atrapar un gran volumen de aire, lo que apunta a la posibilidad de usar superficies SH para crear dispositivos flotantes".

El laboratorio de Guo creó una estructura en la cual las superficies tratadas en dos placas de aluminio paralelas se enfrentan hacia adentro, no hacia afuera, de modo que están encerradas y libres de desgaste y abrasión externos. Las superficies están separadas por la distancia adecuada para atrapar y retener suficiente aire para mantener la estructura flotante, creando en esencia un compartimento impermeable.

Incluso después de verse obligadas a sumergirse durante dos meses, las estructuras volvieron inmediatamente a la superficie después de que se liberó la carga, dice Guo. Las estructuras también retuvieron esta capacidad incluso después de ser perforadas varias veces, porque el aire permanece atrapado en las partes restantes del compartimento o en las estructuras adyacentes.

estructura insumergible dañada

Imagen: La estructura superhidrofóbica permanece a flote incluso después de un significativo daño estructural, perforada con seis orificios de 3 milímetros de diámetro y un orificio de 6 milímetros.

Aunque el equipo utilizó aluminio para este proyecto, el "proceso de grabado" podría usarse para literalmente cualquier metal u otros materiales", dice Guo.

Cuando el laboratorio de Guo demostró por primera vez la técnica de grabado, tomó una hora para modelar un área de superficie de una pulgada por una pulgada. Ahora, al usar láseres siete veces más potentes, y un escaneo más rápido, el laboratorio ha acelerado el proceso, lo que lo hace más factible para escalarlo para aplicaciones comerciales.

Artículo científico: Highly Floatable Superhydrophobic Metallic Assembly for Aquatic Applications

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