Unikátna technológia umožní výrobu nepotopiteľných lodí

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• úprava vytvára na vnútornom povrchu rúrok superhydrofóbnu štruktúru.

• Vztlak experimentálnej vzorky zostáva zachovaný aj po prederavení.

• Skupina prepojených komponentov dokáže uniesť takmer trojnásobok vlastnej hmotnosti.

Vedecký tím z laboratória pre výskum laserovej energetiky vyvinul geometricky upravené superhydrofóbne kovové konštrukcie schopné odolať potopeniu. Analytická štúdia v periodiku Advanced Functional Materials detailne opisuje postup tvorby týchto plávajúcich komponentov z bežného hliníka. Celý proces je postavený na mimoriadne presnom leptaní vnútorného povrchu rúrok, ktoré vytvára požadované mikroskopické a nanoskopické defekty.

Takto modifikovaný povrch mení svoje vlastnosti a stáva sa superhydrofóbnym materiálom odpudzujúcim okolitú vodu pri udržaní suchého stavu. Modifikácia kovu slúži ako riešenie primárneho problému plávajúcich komponentov, ktoré po strate povrchovej vrstvy vzduchu natrvalo klesli na dno.  

Technickou úpravou vyvinutej konštrukcie je zaradenie internej tesniacej steny priamo do geometrie posudzovanej kovovej súčiastky. Stena bezpečne oddeľuje vzniknuté rozhrania medzi uväzneným vzduchom a prenikajúcou vodou z oboch opačných koncov rúrky súčasne. Ochranné riešenie maximalizuje priestorovú stabilitu vzduchovej bubliny, vďaka čomu sa súčiastka po vtlačení pod hladinu dokáže vynoriť späť.

Experiment zahŕňal takisto testovanie odolnosti materiálu voči trvalým účinkom slaného prostredia po dobu 20 po sebe nasledujúcich dní. Vzorka bola namočená v kvapaline modelujúcej zloženie morskej vody, ktorá obsahovala 5-násobne zvýšenú koncentráciu solí. Aj po tomto teste si materiál stopercentne uchoval plnú požadovanú funkčnosť.

Samostatný test mechanickej odolnosti preveril limity rúrok po ich fyzickom poškodení z vonkajšej strany. Výskumný proces zahŕňal vyvŕtanie 15 nezávislých otvorov s priemerom 0,0025 m po celej dĺžke hliníkovej konštrukcie. Narušenie v tomto konkrétnom teste predstavovalo odstránenie približne 10 % z celkovej štrukturálnej hmoty materiálu.

Súčiastka tolerovala aj tento hrubý defekt povrchu a voda vnikajúca dovnútra nenarušila izolované jadro so vzduchom. Poškodená rúrka dokázala bez náznakov úpadku zotrvať stabilne nad prítomnou vodnou hladinou. Demonštrácia úspešne potvrdila škálovateľnosť výrobného procesu produkciou materiálov s dĺžkou od 0,1 m až po rozmer 0,4 m.

Výskumníci skúšobne spojili 8 modulárnych rúrok s dĺžkou 0,1016 m do formy jednotného prenosného pontónu. Zostava stabilizovala nad vodou náklad o hmotnosti 0,024 kg, čo v praxi znamená nesenie objektu vo váhe 2,9-násobku vlastnej hmotnosti. Navrhované riešenie spĺňa požiadavky napr. na integráciu do plávajúcich generátorov na získavanie energie z morských vĺn.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Zabránenie potopeniu konštrukcií znižuje ekonomické riziko spojené s prevádzkou zariadení na voľných vodných plochách.

Zdroj: advanced.onlinelibrary.wiley.com foto: ChatGPT