水を弾くことで浮力を得る「沈まない金属」が作られた

生物に学ぶ「水をはじく」ことで生まれる浮力

水に硬貨やスプーンを落とすと、すぐに底まで沈んでいきます。

それは（言うまでもあいませんが）、金属そのものの密度が水より大きいからです。

一方で、大型の客船やタンカーは鉄でできているのに沈まずに浮かんでいます。

これは、船全体で見ると中身にたくさん空気を含んでいて、「鉄だけ」ではなく「鉄＋空気」をまとめたときの平均の密度が水より小さくなっているからです。

ここで、もう一つ知っておきたいのが「水をはじく性質」です。

レインコートや折りたたみ傘の布、フッ素加工のフライパンなどは、水滴をぼたっと落としても、べったり広がらずにコロコロと丸い形で転がっていきます。

こうした性質を「撥水性」といいます。

その中でも、特に強く水をはじく状態を「超撥水」と呼びます。

超撥水な表面では、水滴と表面の接触角とよばれる角度がとても大きくなり、ほとんど真ん丸に近い水滴になります。

このような表面には、目に見えないレベルの細かい凸凹がたくさんあり、そのすき間に空気の層ができていることが多いと考えられています。

その空気の層がクッションのような役割をして、水を寄せつけないのです。

自然のなかにも、超撥水に近い性質をうまく利用している生き物がいます。

代表的なのがハスの葉です。

ハスの葉の上では、水滴がまん丸な玉になって転がり、表面の汚れを一緒に連れ去ってくれます。

また、水面の上をスイスイ走るアメンボも、足の細かい毛と撥水性のおかげで、水面の膜を破らずに浮かび続けることができます。

またアリの一種「ヒアリ」なども身体の表面が水を弾く性質があり、互いの手足を結ぶことで巨大なイカダを作り、洪水が起きても何日間も浮かんで生き残ることが可能です。

自然界では大昔から「水を弾いて浮力を得る」という方法を取り入れてきたのです。

この仕組みは人工的にも再現されていて、表面全体を超撥水にした板などは、水面ではよく浮くことが知られています。

しかし一度強い波で完全に水中に沈められてしまうと、中の空気が逃げてしまい、自力で水面まで戻ってこられないという欠点がありました。

ロチェスター大学のグオ教授の研究グループは、こうした問題に挑むために、以前から「沈みにくい金属」の研究を進めてきました。

2019年には、超撥水加工した金属の板を組み合わせて、水中でも空気を抱え、浮力を保てる構造を実現しています。

しかし、そのときの金属ディスクは、激しく揺れる水の中で傾いたり、波の衝撃を受けたりすると、中の空気が逃げ出してしまい、十分に安定しているとはいえませんでした。

そこで今回、ロチェスター大学の研究者たちは、何度沈めても浮いてくるタフな浮力を持つ金属を作れないか新たな挑戦に挑みました。