Geïnspireerd door de manier waarop waterspinnen en vuurmieren blijven drijven hebben ingenieurs van de University of Rochester een metaal ontworpen dat niet kan zinken. Dat heeft het te danken aan zijn extreem waterafstotende eigenschappen.
De onderzoekers maakten de nieuwe metaalstructuur met een bijzondere techniek. Daarbij bestraalden ze het oppervlak met ultrakorte laserpulsen. Zo etsten ze op micro- en nanoschaal patronen in het metaal die lucht vasthouden en het geheel zo waterafstotend maken, dat het zelfs blijft drijven als er gaten in worden geboord. De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in de woensdag verschenen editie van wetenschappelijke tijdschrift ACS Applied Materials and Interfaces.
Onzinkbare schepen
De onderzoekers spreken van een doorbraak die op den duur kan leiden tot de bouw van onzinkbare schepen of een nieuw type zwemvest dat blijft drijven, ook als het beschadigd is geraakt.
De voornaamste inspiratie voor dit werk kwam uit de natuur. Waterspinnen en vuurmieren kunnen lange tijd overleven in water. Dat doen ze door lucht vast te houden in een bel. De waterspin bijvoorbeeld, de enige spin die grotendeels onder water leeft, maakt er een koepelvormig web. Dat web vult hij met lucht die hij tussen zijn uiterst waterafstotende benen en lijf van het wateroppervlak naar beneden vervoert. Gevuld met de lucht fungeert het web zo als duikersklok waarin de waterspin kan leven.
Vuurmieren doen iets vergelijkbaars. Belanden zij in het water, dan vormen ze gezamenlijk een groot, drijvend vlot door lucht vast te houden tussen hun hydrofobe lichamen.
Aluminium plaatjes
'Dat was een belangrijke bron van inspiratie voor ons', zegt hoofdonderzoeker Chunlei Guo in een persbericht. 'Het belangrijkste inzicht hier is dat meerzijdige, superhydrofobe oppervlakten een grote hoeveelheid lucht kunnen vasthouden,' stellen de onderzoekers in hun artikel. 'Dat bracht ons op het idee om zulke oppervlakken te gebruiken voor het drijvend maken van voorwerpen.'
Guo creëerde een structuur met twee aluminium plaatjes, waarvan hij de naar binnen gerichte kant behandelde. Tussen de twee oppervlakten zit een kleine, open ruimte: precies genoeg om net zoveel lucht vast te houden als nodig is om het geheel drijvend te houden.
Commerciële toepassing
Wordt het metaal onder water gedrukt, dan komt het meteen weer boven drijven. Zelfs als er gaten in worden geboord, blijft het drijfvermogen intact: zoveel lucht blijft erin vastzitten.
Guo deed zijn onderzoek met aluminium, maar de etstechniek werkt voor alle metalen, benadrukt hij. De etstechniek is inmiddels geperfectioneerd. Duurde het eerst nog een uur om een klein plaatje te bewerken, inmiddels gaat het zeven keer zo snel, dankzij het gebruik van krachtige laser- en scanapparatuur. Een commerciële toepassing is daarmee binnen bereik gekomen.
Foto's: Rochester University / J. Adam Fenster
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.