Afvisende forskning:Søværnet udvikler skibsbelægninger for at reducere brændstof, energiomkostninger

Det kan afvise vand, olie, alkohol og endda jordnøddesmør. Og det kan spare den amerikanske flåde millioner af dollars i skibsbrændstofomkostninger, reducere mængden af ​​energi, som fartøjer forbruger, og forbedre driftseffektiviteten.

Office of Naval Research (ONR) sponsorerer arbejde af Dr. Anish Tuteja, lektor i materialevidenskab og teknik ved University of Michigan, at udvikle en ny type "omnifobisk" belægning. Denne kemiske belægning er klar, holdbar, kan påføres på adskillige overflader og udskiller næsten enhver væske.

Af særlig interesse for flåden er, hvordan omnifobiske belægninger kan reducere friktionsmodstand - modstand skabt ved bevægelse af et skrog gennem vand - på skibe, ubåde og ubemandede undervandsfartøjer.

Sammenlign friktionstræk med at jogge gennem en swimmingpool. På grund af vandets modstand, hvert skridt er sværere og kræver mere energi og indsats.

"En betydelig procentdel af et skibs brændstofforbrug [op til 80 procent ved lavere hastigheder og 40-50 procent ved højere hastigheder] går til at opretholde dets hastighed og overvinde friktionsmodstand, " sagde Dr. Ki-Han Kim, en programofficer i ONR's Sea Warfare and Weapons Department. "Hvis vi kunne finde en måde at reducere friktionsmodstanden drastisk, skibe ville forbruge mindre brændstof eller batteristrøm, og nyde et større udvalg af operationer."

Tutejas omnifobe belægning kunne være en løsning. Forestil dig to skibe, der sejler med samme hastighed - det ene beskæftiger sig med friktionsmodstand og det andet dækket af en belægning, der får vand til at perle op og let glide af skroget. Det belagte fartøj ville teoretisk suge mindre brændstof, fordi det ikke behøver at kæmpe med så meget vandmodstand, mens det opretholder hastigheden.

Selvom afvisende belægninger ikke er nye, det er svært at skabe en, der modstår de fleste væsker og er sej nok til at holde sig til forskellige overflader i lange perioder. Tag en teflonbelagt pande, for eksempel. Vand vil perle op og rulle af panden, mens madolie vil spredes overalt.

"Forskere kan tage en meget holdbar polymermatrix og et meget afvisende fyldstof og blande dem, " sagde Tuteja. "Men dette giver ikke nødvendigvis en holdbar, afvisende belægning. Forskellige polymerer og fyldstoffer har forskellige blandbarheder [to stoffers evne til at blande sig sammen]. Blot at kombinere de mest holdbare individuelle bestanddele giver ikke den mest holdbare kompositbelægning."

For at konstruere deres innovative belægning, Tuteja og hans forskerhold studerede enorme computerdatabaser over kendte kemiske stoffer. De indtastede derefter komplekse matematiske ligninger, baseret på hvert stofs molekylære egenskaber, at forudsige, hvordan to ville opføre sig, når de blandes. Efter at have analyseret hundredvis af kombinationer, forskere fandt den rigtige blanding.

Det molekylære ægteskab var et hit under laboratorietests. Den gummilignende kombination kan sprøjtes, børstet, dyppet eller spin-coated på adskillige overflader, og det binder tæt. Belægningen kan også modstå ridser, buler og andre farer ved daglig brug. Og måden molekylerne adskilles på gør belægningen optisk klar.

Udover at reducere friktionstræk, Tuteja forestiller sig andre flådeanvendelser til den omnifobiske belægning - inklusive beskyttelse af højt værdifuldt udstyr som sensorer, radarer og antenner fra vejret.

Ud over omnifobiske belægninger for at reducere friktionstræk, ONR sponsorerer andre former for belægningsforskning for at forhindre korrosion på både skibe og fly og bekæmpe biofouling (opbygning af ildhuder på skrog). Lignende belægninger kan også forhindre is i at dannes på skibe, der sejler i kolde områder, eller gøre isfjernelse meget lettere end konventionelle metoder som skrabning.

Tutejas team udfører yderligere test af den omnifobe belægning, men de planlægger at have den klar til mindre militær og civil brug inden for de næste par år.