Phát triển lớp phủ chống thấm công nghệ cao dành cho tàu thuyền

Các kỹ sư làm việc tại Đại học bang Ohio, Hoa Kỳ đã chế tạo lớp phủ chống thấm công nghệ cao dành cho tàu thuyền và tàu ngầm, lấy cảm hứng từ một loài cỏ dại nổi trên mặt nước, vốn từng làm tắc nghẽn các kênh rạch ở khắp nơi trên thế giới.

Loài dương xỉ Salvinia molesta của Brazil đã phát triển mạnh mẽ trên khắp Châu Mỹ và Châu Úc, một phần là bởi vì bề mặt của cây dương xỉ này có lấm chấm những sợi lông với hình dạng kỳ quặc có tác dụng như cái bẫy không khí, làm giảm ma sát và giúp cho loài thực vật này nổi trên mặt nước.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí "The Journal of Colloid and Interface Science". Các nhà nghiên cứu đã tái tạo kết cấu, giống như một tấm thảm được tạo nên từ các sợi nhỏ mang hình dạng cái đánh trứng (eggbeater).

Trong tự nhiên, các túi khí bị mắc kẹt tại các sợi lông ở bề mặt của cây dương xỉ Salvinia molesta, có tác dụng làm giảm ma sát và giúp cho loài thực vật này nổi trên mặt nước, trong khi đó, một vùng dính ở đỉnh đầu của các sợi nhỏ mang hình dạng cái đánh trứng (eggbeater) sẽ cung cấp khả năng nổi ổn định trên mặt nước của tàu thuyền và tàu ngầm.

"Chính sự kết hợp của các bề mặt trơn và dính, đã hình thành nên kết cấu của lớp phủ chống thấm công nghệ cao đặc biệt này", theo Bharat Bhushan, giáo sư kỹ thuật cơ khí, Đại học bang Ohio, Hoa Kỳ.

"Lá của loài dương xỉ Salvinia molesta là một cấu trúc hỗn hợp (hybrid) tuyệt vời. Các bề mặt gồm các sợi lông có đặc tính chống thấm tự nhiên, về bản chất, chúng được che phủ với chất liệu sáp, có tác dụng ngăn cản không cho nước chạm vào lá và các bẫy không khí bên dưới mang hình dạng cái đánh trứng (eggbeater) ở trên đỉnh. Không khí bị giữ lại làm cho loài dương xỉ Salvinia molesta này nổi trên mặt nước", Bharat Bhushan nói thêm.

"Tuy nhiên, các đỉnh đầu của các sợi lông này lại thấm nước. Chúng tiếp xúc với nước ở diện tích rất nhỏ bé, chính đặc điểm này đã giữ cho loài dương xỉ Salvinia molesta, có khả năng nổi ổn định trên mặt nước".

Giáo sư Bharat Bhushan và Nghiên cứu sinh Hunt đã so sánh độ dính của lớp phủ chống thấm công nghệ cao với độ dính lá của loài dương xỉ Salvinia molesta trong tự nhiên bằng cách sử dụng một kính hiển vi lực nguyên tử. Hai bề mặt thực hiện gần giống nhau, với kết quả là: lớp phủ chống thấm công nghệ cao, đã tạo ra một lực kết dính đạt 201 nanonewtons và lá của loài dương xỉ Salvinia molesta trong tự nhiên tạo ra một lực kết dính đạt 207 nanonewtons.

Đây là một lực dính rất nhỏ khi so với các chất kết dính quen thuộc, chẳng hạn như: băng keo trong suốt hoặc băng keo mặt nạ.

Nhằm mục đích thương mại, lớp phủ chống thấm công nghệ cao dành cho tàu thuyền và tàu ngầm, sẽ có tác dụng làm giảm lực cản, tăng cường sức nổi và độ ổn định của tàu thuyền và tàu ngầm, giáo sư Bharat Bhushan nói.