Версия для слабовидящих
Новые наноструктуры месяцами остаются сухими, находясь под водой Печать Email
Новости об инновациях
25.08.2015

Известно, что некоторые растения и животные могут буквально выходить сухими из воды. Благодаря гидрофобной поверхности лапок насекомые водомерки могут разгуливать по водной поверхности, а лотос с его особо структурой поверхности листа не намокает.

Исследователи из Северо-Западного университета провели исследования и выяснили, какой шероховатости должна быть поверхность, для того чтобы она могла оставаться сухой в течение нескольких месяцев, даже находясь под водой.

Секрет водомерок, некоторых пауков и лотосов заключается в наличии крошечных волосков, которые препятствуют вступлению в контакт воды непосредственно с поверхностью лапки или листа. Эти волоски обладают острой верхушкой, и при погружении пузырьки воздуха застревают между «пиками». Воздух и растворённые в воде газы оказываются таким образом в ловушке, которая выступает в роли естественного барьера между поверхностью и водой.

Исследователи изучили различные материалы, которые могли бы обладать достаточной шероховатостью для того, чтобы отталкивать воду с высокой эффективностью. Результаты показали, что некоторые поверхности оставались сухими даже после погружения в воду на четыре месяца. Столько длился эксперимент, то есть гипотетически они могли бы продержаться и дольше.

Научный опыт также опроверг общепринятую теорию о том, что водомерки остаются сухими только за счёт сил поверхностного натяжения. В соответствии со старой теорией, если волокна материала находятся на расстоянии более микрометра, образующийся пузырь должен со временем ослабнуть, а барьер — прорваться. Во-первых, водяной пар в пузыре-ловушке будет конденсироваться и заставлять пузырь сжиматься. Во-вторых, если бы насекомые плавали на глубине, то давление сжало бы воздух и пузырь, опять же, лопнул.

xw_1138515.jpg Рис. 1. Сравнение кремниевых наноструктур с разными «волосками» и расстояниями между ними.

Эксперименты показали, что

водоплавающие насекомые и пауки имеют расстояние между волосками меньше микрометра. Это позволяет им эффективно пользоваться ловушками и оставаться сухими, передвигаясь по поверхности воды.

Однако вместо того, чтобы просто захватывать воздух в пузырь-ловушку, структура лапок обеспечивает самостоятельное поддержание объёма этого пузыря. Воздух в ловушке пополняется испаряющейся водой. Этот процесс компенсирует конденсацию и обеспечивает пузырь дополнительным паром, не позволяющим ему лопнуть под давлением.

«Хитрость заключается в том, чтобы использовать грубые поверхности с нужным химическим строением и правильными пропорциями. Созданные нами наноструктуры на основе кремния имеют расстояние между волосками менее микрометра. Это обеспечивает самоподдержку пузыря-ловушки и позволяет объекту находиться под водой в течение нескольких месяцев, оставаясь сухим», — рассказывает ведущий автор исследования Нилешь Патанкар (Neelesh Patankar) в пресс-релизе университета.

xw_1138517.jpg Рис. 2. На основе кремния ученые создали ряд структур, которые проверили на способность отталкивать воду.

Данная разработка имеет массу потенциальных применений. Поскольку наноструктуры устойчивы к давлению, их можно использовать для защиты стелс-покрытий подводных лодок и поверхностей, которые препятствуют обрастанию судов ниже ватерлинии различными организмами. Последнее ведёт к снижению скорости кораблей. Статья с результатами исследования группы Патанкара была опубликована в журнале Scientific Reports.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/articles/2015/novye-nanostruktury-mesyatsami-ostayutsya-sukhimi-nakhodyas-pod-vodoi

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта