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- Investigadores de la Universidad de Rochester han creado lo que consideran un metal "insumergible", que utiliza pequeños patrones grabados en él mediante un láser para atrapar las burbujas de aire en su interior.
- El material es superhidrofóbico, lo que significa que fue diseñado para repeler el agua extremadamente bien.
- La construcción naval podría volcarse completamente por el material si se acepta como comercialmente viable. Podría significar el final de volcar barcos.
"Insumergible" probablemente no sea el mejor palabra para usar cuando hablamos de barcos, pero a pesar de lo que sabemos sobre el Titanic, los investigadores de la Universidad de Rochester han diseñado un nuevo tipo de metal que en realidad flota sin importar cuánto intentes empujarlo bajo el agua. Incluso intentaron perforar el material y todavía no volcaría.
Según Chunlei Guo, profesor de óptica y física en la Universidad de Rochester, el material, que los investigadores grabaron con diseños a escala nanométrica que le permiten atrapar burbujas de aire, en teoría podría conducir a un barco verdaderamente insumergible o un salvavidas perfecto. quien fue coautor de un artículo sobre el nuevo metal en el diario Materiales aplicados e interfaces ACS. La investigación fue financiada por la Fundación Bill y Melinda Gates, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias.
Arañas y hormigas superhidrofóbicas
En la naturaleza, muchas criaturas, como las arañas y las hormigas de fuego, pueden flotar o deslizarse sobre la superficie del agua durante largos períodos de tiempo, lo que inspiró a los investigadores. Pero, ¿cómo lo hacen?
La respuesta: atrapan burbujas de aire. Argyroneta acuática Las arañas, por ejemplo, pueden crear una red submarina, con forma de cúpula, al llenarla de aire con sus patas y abdomen superhidrofóbicos. Las hormigas de fuego, por su parte, crean una especie de "balsa" atrapando aire con sus cuerpos superhidrofóbicos.
Aquí es donde necesitamos volver a la clase de biología de la escuela secundaria por un momento. Hay una buena posibilidad de que recuerdes los términos "hidrofóbico" e "hidrofílico" si tu maestro rompió las raíces latinas de cada palabra: "fóbico", que significa miedo, y "filófilo", que significa mostrar amor o cariño. Así se suponía que debías recordar si un material se llevaba bien con el agua, cómo la maestra explicó por qué el aceite y el agua no se mezclan; Las superficies hidrofóbicas tienen una propiedad de barrera que hace que repelen el agua.
En cuanto a las estructuras básicas de una célula, una de las primeras cosas que se nos enseña es que cada una contiene una bicapa lipídica para ayudar a mantener el contenido de la célula como una pequeña burbuja perfecta. Las bicapas lipídicas, formadas por dos láminas de células grasas, forman la membrana celular. Tiene aproximadamente cinco nanómetros de espesor e insoluble en agua, al igual que el petróleo.
"Bicapa" indica que hay dos capas, por supuesto, como se muestra arriba. Cada capa contiene lípidos grasos con dos regiones significativas: la cola hidrofóbica, que resiste el agua, y la cabeza hidrofílica, que juega bien con el agua. Dado que las cabezas de los lípidos apuntan hacia el exterior de la célula en una capa y dentro de la célula en la segunda, todas las colas están ocultas dentro de la bicapa, haciendo que toda la estructura sea impermeable a casi todo excepto agua y gases sin ayuda de otras estructuras.
El material que produjo el laboratorio de Guo es un metal superhidrofóbico, lo que básicamente significa que hace un trabajo increíble al repeler el agua, lo que hace posible que flote. Es por eso que los investigadores creen que este metal tiene futuro en la construcción naval.
En su artículo, Guo y sus coautores señalan que "las superficies superhidrofóbicas (SH) multifacéticas pueden atrapar un gran volumen de aire, lo que apunta a la posibilidad de usar superficies SH para crear dispositivos flotantes".
Esta no es la primera vez que los marinos adoptan materiales superhidrofóbicos. La Armada comenzó a probar recubrimientos superhidrofóbicos en cascos submarinos en 2018 que podrían mejorar la eficiencia del combustible y hacerlos más silenciosos. La idea era que el recubrimiento básicamente creara una capa de burbujas en todo el casco, lo que ayudó a reducir la resistencia al agua. Incluso hizo que los submarinos fueran más rápidos.
Saca los láseres
Para crear esa propiedad superhidrofóbica, los investigadores utilizaron láseres para grabar patrones de micro y nanoescala en la superficie de la estructura. Específicamente, utilizaron una técnica que Guo ayudó a desarrollar en 2015, que usa láseres para hacer que los materiales sean más repelentes al agua que incluso el teflón, que se usa comúnmente para hacer sartenes antiadherentes.
"El agua cae hacia la superficie y se repele y rebota en la superficie", explicó Guo en un video de prensa universitaria en YouTube. "Esto se logra creando un patrón único de estructuras de superficie a micro y nanoescalas con nuestra tecnología de procesamiento láser".
Para crear los patrones, que se convierten en parte del material en sí, utilizaron láseres de femtosegundos, que emiten pulsos de luz durante un período de tiempo ultracorto, con una melodía de 10−15 segundos. Como resultado, el material puede atrapar burbujas de aire para ayudarlo a repeler el agua, al igual que esas arañas y hormigas de fuego. En este caso, usaron aluminio, pero notaron en el papel que se podía usar cualquier metal.
Guo y el resto del equipo esperan que esta tecnología sea adoptada comercialmente, pero se necesitarán láseres más rápidos para crear estos patrones lo suficientemente eficientes como para tener sentido económico a escala.
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