Новое исследование, проведенное учеными из Техасского университета в Остине (UTexas), показало, что сапфир, второй по прочности драгоценный камень после алмаза, может стать ключом к созданию поверхностей, устойчивых к бликам, запотеванию, пыли и царапинам. Ученые разработали инновационные наноструктуры на основе сапфира, обладающие уникальными самоочищающимися свойствами. Эти структуры могут использоваться в качестве альтернативы традиционному стеклу, применяемому в дисплеях смартфонов и других электронных устройств, а также для создания окон и лобовых стекол, устойчивых к влаге и пыли.
«Наши сапфировые наноструктуры не только многофункциональны, но и обладают высокой механической прочностью, что делает их идеальными для применений, где важны долговечность и производительность», — отметил Мехмет Кепенекчи, один из авторов исследования и аспирант UTexas.
Вдохновение природой: глаза мотыльков и листья лотоса
Дизайн сапфировых наноструктур был вдохновлен природными аналогами — глазами мотыльков и листьями лотоса. Глаза мотыльков покрыты микроскопическими конусообразными структурами, которые плавно изменяются по высоте. Это позволяет снизить отражение света, увеличивая его проникновение, что помогает мотылькам лучше видеть в темноте и делает их менее заметными для хищников. Аналогичным образом сапфировые наноструктуры имеют коническую форму, которая минимизирует блики и максимизирует пропускание света.
Кроме того, эти структуры обладают высокой поверхностной энергией и шероховатостью, схожей с поверхностью листьев лотоса, что делает их устойчивыми к пыли и каплям воды. «С улучшенным пропусканием до 95,8% на длине волны 1360 нм, сапфировые наноструктуры также демонстрируют повышенную устойчивость к запотеванию и способность отталкивать капли воды», — отмечают авторы исследования. Благодаря своей острой форме, эти структуры предотвращают прилипание частиц пыли, сохраняя 98,7% поверхности чистой под действием силы тяжести.
Широкий спектр применений
Использование сапфировых наноструктур не ограничивается экранами устройств, окнами и лобовыми стеклами. Ученые предполагают, что материалы на основе этих кристаллов могут сыграть важную роль в аэрокосмической отрасли. Например, пыль и мелкие частицы, накапливающиеся на датчиках, камерах и других критических компонентах космических аппаратов, могут снижать их эффективность. Сапфировые нанокристаллы способны решить эту проблему.
«С развитием нового поколения космических путешествий антипылевые свойства таких материалов могут обеспечить защиту критически важного оборудования от загрязнения во время посадки на другие планеты. Это также может привести к созданию более прочных инфракрасных датчиков и защитных окон для оборонных применений», — заявили представители UTexas.
Однако остается открытым вопрос, как сапфировые наноструктуры будут работать на больших поверхностях. Для решения этой задачи авторы исследования планируют продолжить работу, сосредоточившись на улучшении производительности и масштабировании производства.
Исследование было опубликовано в журнале Materials Horizons.
