Der Traum vom unsinkbaren Schiff treibt den Schiffbau seit jeher an. Ein Forschungsteam der University of Rochester hat ein neues Verfahren entwickelt, das helfen könnte, diesem Ziel näherzukommen. Damit lassen sich Aluminiumröhren herstellen, die extrem wasserabweisend sind. Diese superhydrophoben Röhren schwimmen selbst unter extremen Bedingungen stabil und erfahren auch dann noch Auftrieb, wenn sie stark beschädigt werden. Die Forscher stellen die unsinkbaren Metallrohre im Journal »Advance Functional Materials« vor.

Die Röhren bestehen zwar aus gewöhnlichem Aluminium, doch ihre Innen- und Außenflächen werden durch chemisches Ätzen und eine wasserabweisende Beschichtung extrem hydrophob. Bei der Bearbeitung entstehen Mikro- und Nanostrukturen, die Wasser abstoßen und zugleich Luft einschließen. Der Mechanismus ähnelt dem der Taucherglockenspinne, die eine Luftblase einfängt und so unter Wasser schwimmfähig bleibt. Auch Feuerameisen, die mit ihren hydrophoben Körpern schwimmende Flöße bilden, nutzen dieses Prinzip.

Gelangt eine solche Röhre ins Wasser, senkt sich an der Außenseite die Wasseroberfläche leicht ab, während im Inneren eine stabile Luftblase eingeschlossen bleibt. Diese Luft sorgt für dauerhaften Auftrieb und bringt die Röhre nach vollständigem Untertauchen wieder an die Oberfläche. Entscheidend ist dabei der Innendurchmesser. Liegt er bei rund fünf Millimetern, dann speichere die Röhre besonders viel Luft, ohne dass Wasser eindringe, so die Forscher. 

Superhydrophobe Schwimmkörper wurden bereits früher entwickelt. Oft scheiterten sie aber an Schräglagen und bei starkem Wellengang. Um dies zu überwinden, integrierten die Forscher im Inneren der Röhren eine Abdichtung, die den Hohlraum hydrostatisch trennt. So können Druckunterschiede, etwa bei Neigung oder Aufprall auf die Wasseroberfläche, die eingeschlossene Luft nicht mehr verdrängen. In Tests blieben die Metallröhren selbst dann schwimmfähig, wenn sie senkrecht im Wasser standen oder nach freiem Fall eintauchten. Auch mechanische Belastungen beeinträchtigten ihre Funktion kaum. Selbst wenn die äußere hydrophobe Schicht durch Abrieb verloren ging oder zahlreiche Löcher in die Rohrwand gebohrt wurden, blieb der Auftrieb erhalten. Wasser ersetzte lediglich das entfernte Material, drang jedoch nicht in den luftgefüllten Hohlraum ein. Das Team testete Röhren unterschiedlicher Länge von bis zu fast einem halben Meter und betont, dass sich die Technologie leicht auf größere Dimensionen skalieren lasse. Mehrere Röhren könnten zu stabilen Flößen verbunden werden, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts tragen könnten.

Bislang wurden superhydrophobe Schwimmkörper meist aus Schäumen, Aerogelen oder flexiblen Folien gefertigt, die jedoch mechanisch wenig belastbar waren und in rauen Umgebungen schnell versagten. Der neue Ansatz verbindet erstmals robuste Metallstrukturen mit einem stabil eingeschlossenen Luftpolster. Allerdings altert die wasserabweisende Beschichtung im Salzwasser und muss langfristig gewartet und erneuert werden. Dennoch sehen die Autoren großes Potenzial für die Metallrohre – etwa als Grundlage für robuste Schiffe, Schwimmplattformen für Offshore-Windanlagen, modulare Pontons oder langlebige Bojen.