За всю историю кораблестроения было известно немало условно «непотопляемых» судов, но ни одно из них не оправдало такого звания – взять хотя бы знаменитый лайнер «Титаник», погибший в свой первый рейс. Учёные Рочестерского университета разработали технологию, с помощью которой металл становится настолько гидрофобным, что он попросту «отказывается» тонуть. Исследователи считают, что данная технология ляжет в основу действительно непотопляемых плавательных средств. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале ACS Publications.

Главный научный сотрудник проекта – профессор физик-оптик Чунлей Гуо – рассказал, что в основе инновационной технологии лежит биомимикрия. В частности, учёные заимствовали идею у водяных пауков и огненных муравьёв, которые используют особенности строения своего организма, чтобы держаться на воде или проводить много времени под её поверхностью. Волоски на брюшке паука-серебрянки покрыты специфическим жирным секретом, который не позволяет воде впитаться в толщу волоса и создаёт тонкий слой воздуха между лапами паука. Для ещё более длительного пребывания под водой серебрянка строит из паутины гнездо в виде своеобразного водолазного колокола и наполняет его воздухом, отделяя пузырьки от своего брюшка.

В отличие от водяных пауков, жизненный цикл огненных муравьёв не обязательно проходит вблизи водоёмов, однако ввиду обитания во влажных тропических лесах им приходится переживать сезоны дождей и наводнения. Чтобы не утонуть, эти насекомые сцепляют свои тела и образуют своего рода «плоты». Между водонепроницаемыми телами муравьёв удерживаются пузырьки воздуха, которые не позволяют им погрузиться под воду, а также обеспечивают воздухом нижние слои импровизированного «плота».

Исследователи Рочестерского университета использовали необычную технику воздействия на материал при помощи лучей фемтосекундного лазера. Эта техника была разработана в 2015 году. Она подразумевает создание тончайшего узора из микро- и наноразмерных структур на поверхности материала. За счёт того, что эти структуры являются неотъемлемой частью используемого материала, их невозможно смыть или стереть. Именно эти узоры придают материалам гидрофобные характеристики. Внутри миниатюрных лабиринтов надёжно задерживается воздух, который буквально отталкивает воду.

 Большинство гидрофобных поверхностей теряют свои водоотталкивающие свойства в результате погружения под воду и механических повреждений. Однако технология создания «непотопляемых» материалов, разработанная в лаборатории Рочестерского университета, показала себя гораздо более надёжной. В ходе эксперимента исследователи нанесли гидрофобную структуру на поверхность двух тонких алюминиевых пластинок, а затем соединили их в один диск. При этом водоотталкивающая сторона пластинок находилась внутри диска, а расстояние между ними было рассчитано с максимальной точностью. Его достаточно, чтобы между пластинками образовался слой воздуха, который удерживает алюминиевый диск на поверхности воды даже после форсированного погружения.

 В рамках испытаний пределов возможностей технологии исследователи погружали диск под воду на срок около двух месяцев, ожидая, что за это время весь воздух покинет свой водонепроницаемый кармашек. Тем не менее, как только учёные убрали груз, удерживающий диск, тот тут же всплыл на поверхность. Гидрофобные структуры сохранили свои свойства даже после того, как в диске проделали несколько отверстий – воздух по-прежнему удерживался в уцелевших структурах.

Хотя для демонстрации технологии учёные использовали алюминий, они уверяют, что нанесение гидрофобных структур при помощи лазера сделает водоотталкивающим любой материал. Кроме того, с 2015 года, когда команда Гуо впервые представила возможность применения лазера для создания «непотопляемых» материалов, специалистам удалось значительно усовершенствовать и ускорить процесс нанесения «узоров». Если раньше на обработку материала размером один квадратный дюйм уходило около часа, то теперь скорости и мощности устройства хватит для коммерческой эксплуатации.

Чунлей Гуо считает, что данная технология имеет многообещающие перспективы в производстве «непотопляемых» судов, спасательных средств вроде кругов или жилетов, а также электронных контрольных приборов, используемых в морском деле. Кроме того, гидрофобные свойства материалов будут полезными для защиты чувствительных к воде устройств и механизмов, а также для расширения разнообразия корозионностойких металлов.