Металл, который не тонет

[Zaman.]

Американские ученые разработали непотопляемые металлические конструкции

Команда физиков из Рочестерского университета в штате Нью-Йорк создала прототипы металлических конструкций, которые невозможно потопить, даже полностью погрузив в воду.

Идею изобретения ученые позаимствовали у водяных пауков и ядовитых огненных муравьев, тела которых обладают водоотталкивающими свойствами.

Специальный микроскопический узор, нанесенный на поверхность металла, препятствует смачиванию, образуя своеобразную воздушную подушку, за счет которой конструкция остается на плаву, даже если в ней пробито несколько сквозных отверстий.

Результаты первых испытаний новой технологии описаны в статье, опубликованной в среду в журнале Американского химического общества Applied Materials and Interfaces.

 

Авторы исследования надеются, что в будущем с ее помощью можно будет строить непотопляемые пассажирские и торговые суда, а также устройства, которые смогут проводить долгое время под водой, не соприкасаясь с ней и не подвергаясь коррозии.

Воздушный узор

Пауки-серебрянки живут под водой - в гнездах, сплетенных из паутины и открытых снизу наподобие водолазного колокола. Свое жилище паук наполняет воздухом, который он приносит с поверхности, зажав пузырек между брюшком и задними лапками, которые обладают гидрофобными свойствами и поэтому не смачиваются водой.

 

Такими же свойствами обладают конечности огненных муравьев, за счет чего эти насекомые могут конструировать из своих тел своеобразные плоты, дрейфуя по поверхности воды за счет зажатых между особями пузырьков воздуха.

Американские физики научились придавать аналогичные свойства легким металлическим конструкциям путем нанесения на их поверхность микро- и наногравировки при помощи сверхкоротких вспышек лазера (продолжительностью в миллиардные доли микросекунды).

Полученный "узор" удерживает воздух и делает материал водоотталкивающим: его невозможно намочить, даже полностью погрузив в воду и придавив ко дну, за счет поверхностного натяжения

[Zaman.]

Без дополнительного давления изделие из такого металла просто держится на поверхности - даже если деформировать гравированный металл, пробив в нем несколько отверстий.

Если же сделать конструкцию многослойной, то при погружении между несмачиваемыми металлическими поверхностями образуется воздушный карман, который выталкивает ее на поверхность.

В результате испытаний выяснилось, что со временем гравировка может начать понемногу терять свои гидрофобные свойства, если материал держать под водой очень долго.

Однако даже через два месяца испытаний придавленная на дне алюминиевая конструкция мгновенно всплыла на поверхность, как только с нее убрали лишний груз.

 

По словам профессора Рочестерского университета Чунлея Гуо, разработанная в его лаборатории техника гидрофобной гравировки подходит для нанесения на поверхность буквально любого металла или других материалов.

Первоначально за час наноузором можно было покрыть лишь около 6,5 квадратных сантиметров алюминиевой поверхности. Однако за время испытаний ученым удалось ускорить этот процесс в несколько раз.

[Zaman.]

Abstract

Water-repellent superhydrophobic (SH) surfaces promise nearly endless applications, from increased buoyancy to drag reduction, but their practical use is limited. This comes from the fact that a SH surface will start to lose its efficiency once it is forced into water or damaged by mechanical abrasion. Here, we circumvent these two most-challenging obstacles and demonstrate a highly floating multi-faced SH metallic assembly inspired by the diving bell spiders and fire ant assemblies. We study and optimize, both theoretically and experimentally, the floating properties of the design. The assembly shows an unprecedented floating ability; it can float back to surface even after being forced submerging under water for months. More strikingly, the assembly maintains its floating ability even after severe damage and piercing in stark contrast to conventional watercrafts and aquatic devices. The potential use of the SH floating metallic assembly ranges from floating devices and electronic equipment protection, to highly floatable ships and vessels.

[Zaman.]

Spiders and ants inspire metal that won’t sink

November 6, 2019

A metallic structure etched by lasers, right, floats to the top on the water's surface in professor Chunlei Guo's lab. (University of Rochester photo / J. Adam Fenster)

 

University of Rochester researchers, inspired by diving bell spiders and rafts of fire ants, have created a metallic structure that is so water repellent, it refuses to sink—no matter how often it is forced into water or how much it is damaged or punctured.

Could this lead to an unsinkable ship? A wearable flotation device that will still float after being punctured? Electronic monitoring devices that can survive in long term in the ocean?

All of the above, says Chunlei Guo, professor of optics and physics, whose lab describes the structure in ACS Applied Materials and Interfaces.

The structure uses a groundbreaking technique the lab developed for using femtosecond bursts of lasers to “etch” the surfaces of metals with intricate micro- and nanoscale patterns that trap air and make the surfaces superhydrophobic, or water repellent.

 

The researchers found, however, that after being immersed in water for long periods of time, the surfaces may start to lose their hydrophobic properties.

Enter the spiders and fire ants, which can survive long periods under or on the surface of water. How? By trapping air in an enclosed area. Argyroneta aquatic spiders, for example, create an underwater dome-shaped web—a so-called diving bell— that they fill with air carried from the surface between their super-hydrophobic legs and abdomens. Similarly, fire ants can form a raft by trapping air among their superhydrophobic bodies.

“That was a very interesting inspiration,” Guo says. As the researchers note in the paper: “The key insight is that multifaceted superhydrophobic (SH) surfaces can trap a large air volume, which points towards the possibility of using SH surfaces to create buoyant devices.”

 

Guo’s lab created a structure in which the treated surfaces on two parallel aluminum plates face inward, not outward, so they are enclosed and free from external wear and abrasion. The surfaces are separated by just the right distance to trap and hold enough air to keep the structure floating—in essence creating a waterproof compartment. The superhydrophobic surfaces will keep water from entering the compartment even when the structure is forced to submerge in water.

Even after being forced to submerge for two months, the structures immediately bounced back to the surface after the load was released, Guo says. The structures also retained this ability even after being punctured multiple times, because air remains trapped in remaining parts of the compartment or adjoining structures.

Though the team used aluminum for this project, the “etching process “could be used for literally any metals, or other materials,” Guo says.

When the Guo lab first demonstrated the etching technique, it took an hour to pattern a one-inch-by-one-inch area of surface. Now, by using lasers seven times as powerful, and faster scanning, the lab has speeded up the process, making it more feasible for scaling up for commercial applications.

Coauthors include lead author Zhibing Zhan, Mohamed ElKabbash, Jihua Zhang, and Subhash Singh, all PhD candidates or postdoctoral fellows in Guo’s lab, and Jinluo Cheng, associate professor at the Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics, and Physics in China.

The project was supported by funding from the Bill & Melinda Gates Foundation, the US Army Research Office, and National Science Foundation.

 

Superhydrophobic metallic structure floats on the water surface in the Guo lab. 

 

Superhydrophobic metallic structure is weighed down to keep it submerged in water in the Guo lab. Even after two months, it will bounce back to the surface. 

 

Experimental setup used to determine just the right distance between the treated plates to trap and hold enough air to keep the structure floating. 

 

The superhydrophobic structure remains afloat even after significant structural damage—punctured with six 3-millimeter diameter holes and one 6-millimeter hole. 

 

 

Tags: Arts and Sciences, Chunlei Guo, Department of Physics and Astronomy, featured-post, Hajim School of Engineering and Applied Sciences, Institute of Optics, research finding

Category: Featured

[elik745ie]

Интересная идея, спасибо.

[Zaman.]

В 26.02.2020 в 05:21, elik745ie сказал:

Интересная идея, спасибо.

не наша)

[elik745ie]

On 2/27/2020 at 4:48 PM, Zaman. said:

не наша)

ну и хрен с ней, главное что то интересное...

[ARES_]

На базе этого материала можно создавать устройства или препараты для очищения поверхности океана от нефти, нынешние средства имеют недостаток в том что они падают на дно и заражают его. 

[sashper]

не могу найти, читал, что есть сейчас алгоритм, который клепает новые материалы пачками, и один из интересных материалов это ПРОЗРАЧНЫЙ металл)

[Zaman.]

Самые легкие металлы в мире

 

Слово «металл» привычно ассоциируется с большим весом. Но это совсем не так – некоторые металлы настолько легкие, что даже не тонут в воде. А некоторые весят в сотню раз меньше пенопласта и все равно остаются прочным металлом. Возможно, вас также заинтересует статься про самые дорогие металлы в мире. Узнай все о самом легком металле

 

Самый легкий металл в мире Литий

 

Самый легкий металл, известный науке, это, безусловно, литий. Как и остальные легчайшие металлы, он относится к группе щелочных металлов, которой свойственная высокая химическая активность. Плотность лития – 0,534 грамма на кубический сантиметр, т.е. он почти вдвое легче воды. Более того, литий может плавать даже в керосине, поэтому для его хранения, как правило, используют минеральное масло, петролейный эфир, газолин или парафин.

 

Литий - мягкий металл, легко режется ножом

Литий в 40 раз легче одних из самых тяжелых и прочных металлов, известных науке, – осмия и иридия (22,587 г/см3). Молярная масса лития - 6,941 г/моль. Порядковый номер в таблице Менделеева – 3. Литий был выделен из минерала петалита шведским химиком Иоганном Арфведсоном в 1817 году. В природе литий встречается преимущественно в составе горных пород (примерно 21 грамм на тонну). Спустя семь лет литий впервые синтезировали лабораторным путем. Внешне этот пластичный и мягкий металл напоминает лед и даже имеет схожий серебристый оттенок.

Чтобы расплавить литий, потребуется температура в 181 C0.

 

Удивительный литий и его свойства 

 

 В чистом виде этот легкий металл не используется, так как он чересчур активно взаимодействует с окружающей его средой. Обычно литий сплавляют с натрием или другими легкими металлами. Без лития не обходятся при изготовлении пиротехники, термоядерного оружия, оптики; также литий часто используется в качестве окислителя. Активное применение литию нашли в фармацевтике, пищевой, текстильной и силикатной промышленности. Некоторые сплавы лития оказались полезными даже в электронике и авиакосмической промышленности.

 

Литий весьма токсичен

 

Другие металлы щелочной группы также относят к самым легким, хотя они и уступают литию. Следом за литием идут калий (0,856 г/см3) и натрия (0,971 г/см3). Они также не тонут в воде. Остальные щелочные металлы (рубидий, цезий, франций) тяжелее воды.

 

Самый легкий и прочный металл Алюминий В поисках золотой середины между легкостью и прочностью большинство химиков сходятся во мнении – таковым металлом является алюминий.

 

Алюминий – золотая середина между легкими и прочными металлами Российские знаменитости, сказавшие «прощай» лишнему весу (фото) Алюминий был открыт в 1825 году датчанином Эрстедом. Первым изделием, изготовленным из алюминия, стала детская погремушка. С тех пор неприхотливому в обработке металлу нашлось столь широкое применение, что это вещество по праву получило звание металла XX века. Из него производят все, без чего нельзя представить наш современный быт: от строительных конструкций до садового инвентаря, фурнитуры и столовых приборов.

 

Самый легкий искусственный металл Микролаттис

 

Известно, что самый легкий природный металл – литий. Однако в 2015 году ученые Калифорнийского университета продемонстрировали сверхлегкий материал по прочности схожий с металлами, но в сотню раз легче пенопласта. Он на 99,99% состоит из воздуха. При этом толщина его стенок составляет всего 100 нанометров – в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Микролаттис -сверхлегкий материал, способный заменить привычные сплавы ?

Если положить кусок микролаттиса на одуванчик, цветок, чью «шапку» может разрушить даже легкое дуновение ветерка, не деформируется. Микролаттис так легок, что не деформирует одуванчики Структура микролаттиса напоминает человеческие кости. Материал имеет такую же ячеистую структуру, состоящую из полых никелевых трубок, пересекающихся крест-накрест. Благодаря строению материал способен выдерживать колоссальные для своего веса нагрузки. Микролаттис под микроскопом

Компания Boeing незамедлительно объявила о намерении использовать микролаттис для «самолетов будущего».