UCLAのエンジニアはボートのための最初に抗力減少の技術を開発する
クレジットカードサイズの”superhydrophobic”の表面は空気を引っ掛け、水摩擦を30%減らす顕微鏡の溝がある。
UCLA Samueli School of Engineeringの研究チームは、特別に設計された表面が流れる水からの摩擦をほぼ3分の1減らすことができることを実証しました。 これは、カリフォルニア州マリーナ-デル-レイのオープンウォーターでの初の成功したボートテストで行われました。
Physical Review Appliedに掲載された研究では、サンプル表面は最終的にボートや船の船体を覆うように拡大され、抵抗の少ない水を切るのに役立つと研究者らは言
UCLA Samueliの機械および航空宇宙工学の著名な教授である研究リーダー、Chang-Jin”CJ”Kim氏は、「この効果は、エアホッケーのパックがテーブルの上を簡単に滑るのに似ています」と述べています。 「抗力の減少は、海上の燃料使用と排出量の削減につながるでしょう。”
ボートの船体に異常に撥水性、または”超撥水性”の表面を使用するという考えは、実験室の実験で最初の約束を示す概念で、約二十年前から存在してい 固体表面上を直接流れる代わりに、水は水と超疎水性表面との間に閉じ込められた空気の小さな膜の上を流れるでしょう。
「超疎水性表面は、多くの実験室での水路実験の間、プラストロンと呼ばれる空気の薄膜を維持することが示された」とKim氏は述べた。 “しかし、このプラストロンは、同じ表面が実験室の外のオープンウォーターでテストされたときに不可解に消えるでしょう。 私たちの研究で報告された主な進歩は、フィールドテストを通してプラストロンを維持することに成功し、外洋水中のボート上の抗力の減少を確認した”
世界の研究では、海洋貨物船が世界の輸送エネルギー使用量の約12％、世界の亜酸化窒素および硫黄酸化窒素ガス排出量の約15％を占めていると推定して
「船舶の摩擦抵抗は世界のエネルギー消費とガス排出のかなりの部分を占めているため、抗力の軽度の減少でさえ、世界に大きな影響を与えるだろう」と、研究の背後にある長期的な動機についてKim氏は述べた。
研究者たちは、13フィートのモーターボートの下側の小さな部分をテストベッドに置き換えました。 これには、クレジットカードサイズのシリコンウェハが含まれており、進行方向から縦に走る深さがミリメートルの十分の一であるカスタム設計された微視的な溝が含まれていました。 溝は水をはじくためにテフロンで処理され、ミリメートルの10分の1の間隔をあけられています。
空気の捕捉を最大化するように設計されたその超疎水性表面は、実験中の摩擦を30％減少させました。 試験は、時速6マイルと12マイルの間の速度で外海の水で行われました。 このUCLAの研究まで、超疎水性表面は、現実的なオープンウォーター環境で抗力を減少させることは確認されていませんでした。
「私たちにとっての主な課題は、学校の研究室で生産できる小さなサンプルを使用しながら、ボートが直面する実際の状況を表す実験を開発するこ “そのようなものは存在しなかったので、私たちはすべてを自分たちで開発しなければなりませんでした。”
ボートの船体の小さな部分を改装し、実験を記録するための水中カメラシステムを開発することに加えて、チームはまた、コンパクトなフローセンサーを作
キムにとって、成功したデモは長年の研究の集大成となった。 彼のグループは既にそれ以上の実験のためのボートの全体の下側をカバーするためにsuperhydrophobic表面の製造に取り組んでいる。 ボートや船に加えて、キム氏は、表面はまた、パイプを流れる液体の摩擦を低減するために使用することができると述べました。
この研究の主著者はUCLA機械工学博士のMuchen（Mitch）Xuでした。 他の著者には、Andrew Grabowski、Ning Yu、Gintare Kerezyte、Jeong-Won Leeが含まれていました—Kimが指揮するUCLAのMicro And Nano-Manufacturing Laboratoryの現在または元メンバー、およびUCLA Marine Aquatic Centerの技術者であるByron Pfeiferが含まれていました。
この研究は国防高等研究計画局（DARPA）、国立科学財団（NSF）、海軍研究局（ONR）によって支援された。