在泰坦尼克号沉入北大西洋冰冷海水113年后，罗切斯特大学的工程师们宣布，他们已经找到让金属永不沉没的方法。这不是科幻小说里的幻想，而是发表在《先进功能材料》期刊上的真实研究成果。

郭春雷教授和他在罗切斯特大学激光能量学实验室的团队开发出一种铝管，即使被打满孔洞、浸入水中数周，依然能够稳稳漂浮。这项技术的核心不是材料本身有多轻，而是如何利用超疏水表面困住空气。

蜘蛛和火蚁教会的生存技巧

大自然早就掌握了在水中保持浮力的秘诀。潜水钟蜘蛛生活在水下，却能利用身体表面困住的气泡呼吸。火蚁遇到洪水时会抱成一团，利用疏水的身体形成漂浮筏，整个蚁群可以在水面上漂流数周而不沉没。

郭春雷团队的灵感正来源于这些生物。他们用激光在铝管内部蚀刻出微米级和纳米级的凹坑，创造出超疏水表面。这些微小的凹坑能够牢牢锁住空气,形成一层稳定的气膜，阻止水分子接触金属表面。


郭说：“即使你用各种方法在管子上打出尽可能多的孔，它们仍然会漂浮起来。” 图片来源：罗切斯特大学/J. Adam Fenster

当这种经过处理的管子进入水中时，超疏水表面会在管内形成一个稳定的气泡。这个气泡就像一个看不见的救生圈，提供持续的浮力。关键创新在于，研究团队在管子中间增加了一个隔板。即使管子被垂直推入水中，气泡也会被分隔在两个独立的腔室内，不会轻易逃逸。

郭春雷在接受采访时表示，他们在极其恶劣的环境下对这些管子进行了长达数周的测试，发现浮力没有丝毫下降。更令人惊讶的是，即使在管子上打出大量孔洞，它们仍然能够漂浮。

从失败中学习的升级版

这不是郭春雷团队第一次尝试制造永不沉没的金属装置。2019年，他们发表了一项研究,展示了由两个超疏水金属圆盘密封在一起形成的漂浮装置。那个装置确实能够漂浮,甚至在水下浸泡数月后仍能重新浮出水面。


在罗切斯特大学教授郭春雷的实验室里，一根由化学蚀刻铝制成的“永不沉没”金属管漂浮在蒸馏水中。图片来源：罗切斯特大学/J. Adam Fenster

但第一代设计存在明显缺陷。当装置以极端角度旋转时,比如在汹涌的海浪中翻滚，密封的圆盘可能会失去浮力。管状设计则完全解决了这个问题。管子的几何形状天然具有稳定性，无论如何翻转或旋转，内部的气泡都被牢牢锁定。

在实验室测试中，研究团队使用了长度从几厘米到近半米不等的管子。他们将多根管子连接在一起，形成筏状结构。这些筏子在模拟海浪的湍流水槽中表现出色，即使遭受猛烈冲击也不会下沉。

郭春雷强调，这项技术可以轻松扩展到工业应用所需的大型尺寸。理论上，用这种超疏水管子建造的船舶即使船体破损进水，仍然能够保持浮力。这将彻底改变船舶安全标准。

从救生筏到波浪发电

永不沉没的金属管可以做的不仅仅是救命。研究团队还展示了一个意想不到的应用，利用超疏水管制成的筏子收集水波能量发电。

当波浪经过时，筏子会随着水面起伏上下运动。这种运动可以驱动发电装置，将机械能转化为电能。传统的波浪能发电装置面临的最大挑战是海洋环境的腐蚀和生物附着。超疏水表面天然抵抗这些问题，因为水根本无法长时间附着在表面。


多根永不沉没的金属管连接成筏状，可能成为未来船舶、浮标和浮动平台的基础。图片来源：罗切斯特大学/J. Adam Fenster

这为可再生能源领域打开了新的可能性。全球海洋蕴藏着巨大的波浪能，据估计潜在发电量可达数万亿瓦。但波浪能发电装置的高维护成本一直是商业化的障碍。如果超疏水筏子能够降低维护需求，同时提供稳定的浮力平台，或许能让波浪能发电变得更加经济可行。

从实验室到大海还有多远

当然，从实验室的水槽到真实的海洋环境，还有很长的路要走。真实海洋的复杂性远超实验室测试。盐水的腐蚀性比淡水强得多，海洋生物会附着在任何表面，风暴产生的力量能轻易摧毁脆弱的结构。

超疏水表面的长期耐久性也是一个问题。激光蚀刻产生的微观结构非常精细，如果表面被磨损或污染，疏水性能就会下降。研究团队需要证明这些管子在真实海洋环境中能够保持数年甚至数十年的性能。

制造成本也是实用化的关键因素。激光蚀刻是一个相对昂贵的工艺，如果要大规模生产船舶级别的超疏水结构，必须找到更经济的制造方法。一些研究人员正在探索化学蚀刻或其他低成本替代方案。

尽管如此，这项技术的潜力不容忽视。海上浮动平台、海洋监测浮标、水上救生设备、甚至是未来的海上城市，都可能受益于永不沉没的金属材料。在气候变化导致海平面上升的背景下，能够可靠漂浮的结构或许会变得越来越重要。

从某种意义上说，郭春雷团队正在实现一个古老的梦想。自从人类第一次将树干推入水中，我们就一直在与浮力较劲。每一次海难都提醒我们，在水的力量面前人类依然脆弱。或许有一天，当这项技术真正成熟，泰坦尼克号式的悲剧将永远成为历史。

那时候，我们或许可以骄傲地说，人类终于学会了火蚁和蜘蛛早就掌握的本领。