科技 | 船舶制造業(yè)迎來(lái)革新：科學(xué)家研發(fā)出“永不沉沒(méi)”金屬管

在“永不沉沒(méi)”的泰坦尼克號(hào)沉沒(méi)一百多年后，工程領(lǐng)域仍在探索實(shí)現(xiàn)“永不沉沒(méi)”船只的可能性。

美國(guó)羅切斯特大學(xué)研究人員在這一領(lǐng)域取得最新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出了一種能夠使普通金屬管具備“不可沉沒(méi)”特性的新工藝，即無(wú)論在水中停留多長(zhǎng)時(shí)間，或遭受多嚴(yán)重的損傷，都能夠保持漂浮。

該研究由羅切斯特大學(xué)光學(xué)與物理學(xué)教授，同時(shí)也是激光能源實(shí)驗(yàn)室高級(jí)科學(xué)家的郭春雷團(tuán)隊(duì)完成。相關(guān)成果已于日前發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。

研究人員通過(guò)激光蝕刻工藝，在鋁管內(nèi)部制造微納級(jí)凹坑結(jié)構(gòu)，形成超疏水表面。經(jīng)處理的鋁管入水后能永久維持內(nèi)部空氣泡，即使完全浸沒(méi)或嚴(yán)重?fù)p毀仍保持浮力。這一機(jī)理類似于水蛛（潛水鐘蜘蛛）在水下利用氣泡保持浮力，或火蟻依靠疏水軀體抱筏渡河的方式。

郭春雷表示：“關(guān)鍵創(chuàng)新在于，我們?cè)诠芮恢卸卧黾恿艘粋€(gè)隔斷，這樣即使將其垂直壓入水中，空氣泡仍能被穩(wěn)定鎖閉在管內(nèi)，使其保持漂浮能力。”

事實(shí)上，郭春雷及其團(tuán)隊(duì)早在2019年就曾展示過(guò)基于超疏水結(jié)構(gòu)的漂浮裝置，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)是將兩個(gè)超疏水圓盤密封在一起以產(chǎn)生浮力。與早期方案相比，新型管狀設(shè)計(jì)顯著提升穩(wěn)定性。此前的圓盤裝置在處于極端角度時(shí)可能失去浮力，而新型金屬管在類似海洋環(huán)境中的湍流條件下仍能保持穩(wěn)定。

郭春雷表示：“我們?cè)诜浅毫拥沫h(huán)境中對(duì)這些金屬管進(jìn)行了數(shù)周測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其浮力沒(méi)有出現(xiàn)任何退化。即使是在管體上打出一個(gè)大洞，甚至盡可能進(jìn)行破壞，其浮力性能也仍無(wú)衰減。”

研究人員還指出，多根超疏水金屬管可以連接在一起，形成筏狀結(jié)構(gòu)，為未來(lái)船舶、浮標(biāo)以及漂浮平臺(tái)等應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)使用了不同長(zhǎng)度的金屬管，最長(zhǎng)接近半米。郭春雷表示，該技術(shù)原理上可較為容易地放大，以滿足承載型漂浮裝置對(duì)尺寸和強(qiáng)度的需求。

此外，研究還展示了由超疏水金屬管構(gòu)成的筏體在可再生能源領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)表明，這類結(jié)構(gòu)可用于捕獲水波并將其轉(zhuǎn)化為電能，為波浪能發(fā)電提供一種可能方案。

來(lái)源：IT之家

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