Ученые создали суперсапфир, устойчивый к царапинам, бликам, запотеванию и многому другому

Новые сапфировые наноструктуры, созданные в Техасском университете в Остине, отталкивают пыль и не дают бликов, оставаясь при этом прочными. Вдохновленные природой, эти поверхности могут быть использованы в электронике, оптике, космосе и обороне, и в настоящее время они разрабатываются для применения в реальных условиях.

Представьте себе экран телефона, который остается неповрежденным, сколько бы раз его ни роняли, очки, которые не дают бликов, или лобовое стекло, на которое не оседает пыль. Это может вскоре стать реальностью благодаря новому методу производства сапфира.

Исследователи Техасского университета в Остине разработали инновационные методы, чтобы наделить сапфир сверхспособностями — материал, который часто считают просто драгоценным камнем, но который ценится в различных отраслях: от обороны до бытовой электроники. Исключительная твердость делает его практически неуязвимым для царапин, что делает его идеальным для высокопроизводительных приложений.

«Сапфир — ценный материал из-за своей твердости и многих других полезных свойств, — сказал Чи-Хао Чанг, доцент кафедры машиностроения Уокера и ведущий исследователь проекта. — Но эти же свойства также сильно затрудняют его производство в малых масштабах».

Чанг и его команда надеются облегчить эту задачу с помощью новых наноструктур на основе сапфира, как описано в Materials Horizons. Наноструктуры демонстрируют самое высокое соотношение сторон для этого материала, что позволяет ему обладать сверхспособностями без полной потери жесткости и твердости.

Хотя новые сапфировые наноструктуры не так устойчивы к царапинам, как традиционный сапфир (в этом отношении их можно сравнить с вольфрамом или традиционным стеклом), они отталкивают туман, пыль и блики, обладая способностью к самоочищению.

«Это очень интересно, поскольку наноструктуры традиционно считаются хрупкими, но создание их из сапфира может решить эту проблему», — сказал Кун-Чие Чиен, недавний выпускник докторантуры в лаборатории Чанга и один из ведущих авторов.

Вдохновленный глазом мотылька, конический профиль сапфировых наноструктур улучшает светопропускание и уменьшает блики. Высокая поверхностная энергия и соотношение сторон наноструктур создают супергидрофильную поверхность, предотвращающую запотевание. Структуры также можно обработать так, чтобы они стали супергидрофобной поверхностью, позволяющей каплям воды скатываться с поверхности, имитируя эффект листа лотоса.

«Наши сапфировые наноструктуры не только многофункциональны, но и механически прочны, что делает их идеальными для применений, где решающее значение имеют долговечность и производительность», — сказал Мехмет Кепенекчи, аспирант лаборатории Чанга и один из ведущих авторов.

Эта технология имеет множество преимуществ. Для потребителей это может привести к появлению смартфонов, на которых легче читать в сложных условиях освещения, линз и окон, которые не запотевают, камер, которые не подвержены бликам, и прочных ветровых стекол, которые не пылятся.

Когда человечество вступает в следующее поколение космических путешествий, антипылевые свойства могли бы гарантировать, что критически важное оборудование не будет забито пылью во время миссий при посадке на других планетах. Это могло бы привести к созданию более мощных инфракрасных датчиков и защитных окон в оборонных приложениях.

«Наши самоочищающиеся сапфировые поверхности могут поддерживать 98,7% свободной от пыли площади, используя только силу тяжести, — сказал Эндрю Танелл, студент, проводивший эксперименты по адгезии пыли. — Это значительное улучшение по сравнению с существующими технологиями борьбы с пылью и особенно полезно для применения в космосе, где вода не всегда доступна для очистки».

Исследователи намерены воплотить эту технологию в жизнь и ищут несколько способов ее усовершенствования. Они масштабируют производство, чтобы применять эти наноструктуры на более крупных образцах, улучшают механические и химические свойства для расширения их возможностей и изучают еще больше реальных приложений.

Ранее команда исследователей из Кореи разработала революционную технологию, позволяющую значительно повысить скорость зарядки литий-серных батарей. Благодаря этому изобретению зарядка занимает всего 12 минут и держится долго. Прорыв может ускорить коммерциализацию батарей для электромобилей.