I ricercatori dell’Università di Rochester si ispirano alla natura “minando” caratteristiche di ragni e formiche per creare una struttura metallica così idrorepellente che si rifiuta letteralmente di affondare.
Il materiale inaffondabile ha caratteristiche tali da restare a galla indipendentemente dal suo tempo di permanenza in acqua, dal fatto che venga danneggiato o perforato.
Questo potrebbe portare a una nave inaffondabile?
Un natante invincibile è il primo pensiero che viene in mente, ma è chiaro che le applicazioni possibili sono tante. Un salvagente indossabile che galleggerà ancora, anche dopo essere stato forato? Dispositivi elettronici di monitoraggio che possono sopravvivere a lungo termine nell’oceano?
La scoperta è frutto del lavoro di un team dell’Università di Rochester e di Chunlei Guo, professore all’Istituto di ottica, meccanica fine e fisica di Changchun in Cina. Il laboratorio ha descritto la ricerca sulla rivista scientifica ACS Applied Materials and Interfaces.
Il progetto è stato supportato dal finanziamento della Bill & Melinda Gates Foundation, dell’US Army Research Office e della National Science Foundation.
Figlia di un laser
La struttura utilizza una tecnica rivoluzionaria sviluppata dal laboratorio per “incidere” le superfici di metalli con un laser a femtosecondi. Con l’incisione di intricati motivi a micro e nanoscala è possibile intrappolare l’aria e rendere le superfici superidrofobiche o idrorepellenti.
L’ispirazione naturale
La caratteristica conferita al “metallo inaffondabile” è già presente in natura: alcune specie di ragni e formiche possono sopravvivere per lunghi periodi sotto o sulla superficie dell’acqua proprio intrappolando l’aria in un’area chiusa. I ragni acquatici Argyroneta, ad esempio, creano una rete subacquea a forma di cupola, una cosiddetta campana subacquea, che si riempiono di aria trasportata dalla superficie tra le loro gambe super-idrofobiche e gli addominali. Allo stesso modo, le formiche di fuoco possono formare una zattera intrappolando l’aria tra i loro corpi superidrofobici.
Il problema e la soluzione
“Questa è stata un’ispirazione molto interessante”, afferma Guo. Come notano i ricercatori nel documento: “L’intuizione chiave è che le superfici superidrofobiche (SH) sfaccettate possono intrappolare un grande volume d’aria, il che indica la possibilità di utilizzare le superfici SH per creare dispositivi galleggianti”.
Il laboratorio di Guo ha creato una struttura in cui le superfici trattate su due piastre di alluminio parallele sono rivolte verso l’interno, non verso l’esterno, perciò chiuse e prive di usura esterna e abrasione. Le superfici sono separate dalla giusta distanza per intrappolare e trattenere abbastanza aria per mantenere la struttura fluttuante, in sostanza creando un compartimento impermeabile.
Anche dopo essere state immerse per due mesi, le strutture sono immediatamente rimbalzate in superficie dopo il rilascio del carico. Le strutture hanno anche mantenuto questa capacità anche dopo essere state forate più volte, perché l’aria rimane intrappolata nelle restanti parti del compartimento o nelle strutture adiacenti.
Sebbene il team abbia utilizzato l’alluminio per questo progetto, il “processo di incisione” potrebbe rendere qualsiasi materiale o metallo inaffondabile”, afferma Guo.
I primi esperimenti di incisione hanno richiesto del tempo: per un’area di 2,5 centimetri quadrati è servita un’ora.
