視頻：美國工程師受百年泰坦尼克號教訓啟發，設計了不沉金屬
1912 年 4 月泰坦尼克號沉沒已有 113 年多了，不沉船的想法仍然激發著工程師們的想像力。現在，美國的研究人員表示，他們已經朝著這一目標邁出了實際的一步。最近，羅切斯特大學的一個團隊報告了一種新方法，可以讓普通鋁管無限期地漂浮，即使是在嚴重損壞和長時間淹沒後。研究人員表示，他們的方法最終可以支持船舶、浮標、浮動平台甚至可再生能源系統的新設計。該研究小組由光學和物理學教授、該大學激光能量學實驗室高級科學家郭春雷領導。郭和他的同事專注於一種簡單的結構：鋁管。就其本身而言，一旦水進入並取代滯留的空氣，鋁就會下沉。為了改變這種行為，該團隊在管的內表面上使用了基於激光的蝕刻工藝。這種處理會在金屬中產生微觀和納米級的凹坑。這些微小的結構使表面變得超疏水，這意味著它強烈排斥水並在浸沒時保持乾燥。因此，當將經過處理的管子放入水中時，它會在內部捕獲穩定的空氣袋。這些滯留的空氣可以防止水充滿管子，使其無論在水下停留多久都能保持浮力。圖片來源：羅切斯特大學照片/J. Adam Fenster 受大自然啟發的滯留空氣浮動裝置的靈感來自於自然界中發現的例子。例如，潛水鐘蜘蛛會捕獲氣泡在水下生存，而火蟻則將其防水的身體連接在一起，在洪水期間形成漂浮的木筏。羅切斯特團隊添加了一項關鍵設計功能來提高可靠性。在每個管的中心放置一個分隔器以穩定截留的氣泡。即使將管子直接推入水中，這也確保了氣穴保持完整。 “重要的是，我們在管子中間添加了一個分隔器，這樣即使你將其垂直推入水中，空氣氣泡仍然被困在裡面，並且管子保持其漂浮能力，”郭說。這種設計有助於防止空氣在突然移動或改變方向時逸出。在惡劣條件下提高性能郭的實驗室此前曾在 2019 年演示過超疏水浮動裝置。早期的設計使用兩個經過處理的密封在一起的圓盤來產生浮力。基於磁盤的系統雖然有效，但也有局限性。當以極端角度傾斜時，它可能會失去穩定性。新的基於管的設計解決了這個問題。研究人員表示，即使在類似於洶湧海況的湍流水中，這些管子也能保持浮力。 “我們在一些非常惡劣的環境中對它們進行了數週的測試，發現它們的浮力沒有下降，”郭補充道。 “你可以在它們上戳大孔，我們證明，即使你嚴重損壞管子，打出盡可能多的孔，它們仍然會漂浮。”這種抗損壞能力使得該技術對於現實世界的海洋應用具有吸引力。從浮筏到波浪能該團隊證明，多個管子可以連接在一起形成更大的漂浮結構。在實驗室測試中，他們使用了不同長度的管子，長度達到近20英寸。郭說，這種方法可以擴大到適合承重平台的更大尺寸。這種相連的管子可以作為船舶、浮船塢或海洋浮標的基礎。除了交通和基礎設施之外，研究人員還探索了能源應用。他們表明，由這些超疏水管製成的筏可以隨著經過的波浪移動並用於收集波浪能。這種運動可以驅動發電機，提供一種利用可再生海洋資源發電的新方法。該研究發表在《先進功能材料》雜誌上。
已发布: 2026-01-28 12:50:00
