Бросьте алюминиевую пластину в воду — и через секунду она уйдёт на дно. Физика сурова: плотность алюминия — 2,7 г/см³, почти в три раза выше, чем у воды. Но американские учёные сделали невозможное — создали алюминий, который не тонет. Более того: его можно прострелить, просверлить, даже разрезать пополам — и он всё равно останется на плаву.

На основе алюминия ученые и создали новый металл, который держится на воде.

Подсказку подсмотрели у водяных пауков и огненных муравьёв — мастеров по удержанию воздуха под водой.

Как насекомые научили металл плавать

Argyroneta aquatica — единственный паук, который живёт под водой. Он строит себе настоящий водолазный колокол: натягивает паутину на дне и наполняет её воздухом, перенося пузырьки на теле.

Секрет — микроскопические волоски, которые не дают воде коснуться хитина. Между волосками застревает воздух, и паук, словно в костюме аквалангиста, может дышать под водой часами.

Похожим трюком владеют и огненные муравьи Solenopsis invicta. Когда их затапливает дождями, они сцепляются друг с другом, образуя живой плот.

Между телами остаются воздушные прослойки — и колония спокойно дрейфует по воде неделями. Ни один муравей не утонет, потому что вместе они создают общую “воздушную шубу”.

Учёные из Рочестерского университета во главе с профессором Чунлеем Го посмотрели на всё это и задались вопросом:

И провели эксперимент.

Использовали обычные алюминиевые пластины, которые обработали фемтосекундным лазером. Такой лазер стреляет импульсами периодичностью всего одна миллионная миллиардной доли секунды.

Лазер выжигает на поверхности металла микроскопические бороздки — по размеру меньше пылинки, невидимые невооружённым глазом. Эти впадины и выступы образуют на металле сложный рельеф, похожий на горный массив в масштабе нанометров.

После такой обработки поверхность становится супергидрофобной — вода на ней не растекается, а собирается в идеальную сферу, как капля ртути. Контактный угол достигает 150°, тогда как у обычного алюминия — около 70°. Чем выше угол, тем сильнее вода “боится” поверхности.

Учёные пошли дальше: взяли две такие пластины и установили их лицом друг к другу, оставив между ними тонкий зазор — всего пару миллиметров. Края герметично соединили, и получился своеобразный “бутерброд”, внутри которого заперт воздух.

Удивительно, но даже если в этом “будерброде” просверлить 16 дыр, конструкция остаётся на плаву. Воздух удерживается внутри благодаря микроструктурам, которые не дают воде проникнуть в зазор. Этот эффект известен как эффект Кассье-Бакстера — когда вода опирается не на металл, а на невидимые воздушные подушки.

Параллельно в Петербурге учёные из Политеха создали свой вариант: пористый алюминий — не с лазерной обработкой, а с порами внутри, как металлическая губка. Воздух заперт не снаружи, а в теле самого металла. Плотность такого материала — около 0,6 г/см³, то есть меньше воды.

Закон Архимеда прост: если средняя плотность тела меньше плотности воды — оно плавает. Вот почему корабль из стали весом в тысячи тонн не тонет — внутри много воздуха. С плавающим алюминием принцип тот же, только воздух спрятан не в трюмах, а между микроскопическими выступами на поверхности.

Но есть важная разница. Если пробить корабль - он утонет. А этот металл пробей и ничего не произойдёт. Воздух всё равно останется в ловушках.

Как может пригодиться человечеству такой металл?

Первое, что приходит в голову — непотопляемые корабли и спасательные средства. Корабль с корпусом из такого алюминия не утонет даже при пробоине. Металлический спасательный жилет не сдувается, не рвётся, не требует подкачки.

Дальше — подводные лодки и военные платформы. Балластные отсеки из супергидрофобного металла смогут автоматически всплывать при повреждениях.

Следующий пункт — плавучие города. Да, звучит как фантастика, но это реальная идея: устойчивые к наводнениям жилые платформы, на которых можно строить дома, дороги и солнечные станции. Даже Билл Гейтс поддержал исследования, видя в них решение для прибрежных регионов.

Но есть и более “приземлённые” применения. Например, самоочищающиеся раковины и унитазы. Их вообще не надо будет мыть. Супергидрофобное покрытие не даёт воде и грязи прилипать — всё скатывается с поверхности, как с листа лотоса.

А ещё — водонепроницаемая электроника. Представьте телефон, который можно уронить в бассейн, и он даже не моргнёт. Или датчики, которые работают в солёной воде месяцами без коррозии.

И, наконец, медицина. Инструменты и импланты с супергидрофобной поверхностью не покрываются бактериями и не вызывают воспалений.

Единственная загвоздка — время и цена. Лазерная обработка занимает около часа на один квадратный дюйм металла (2,5 × 2,5 см). Чтобы сделать корабль — нужен целый завод с лазерами. Но технологии дешевеют, и, по прогнозам учёных, массовое производство может начаться уже через 5–10 лет.

Может, когда-нибудь мы научимся ходить по воде, как водомерки. Но пока хватает и того, что металл наконец-то научился плавать.