Super saffier nanostructuren weerstaan ​​krassen, verblinding, mist en stof

Een telefoonscherm dat je niet kunt krassen, hoe vaak je het ook laat vallen; bril die verblinding voorkomen; Een voorruit die niet stoffig wordt. Dit zijn allemaal mogelijkheden dankzij een nieuwe manier om saffier te produceren.

Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben technieken ontdekt om superkrachten te schenken aan Sapphire, een materiaal dat de meesten van ons beschouwen als slechts een mooi juweel. Maar Sapphire wordt gezien als een kritiek materiaal in veel verschillende gebieden, van verdediging tot consumentenelektronica tot vensters van de volgende generatie, omdat het bijna onmogelijk is om te krabben.

“Sapphire is zo’n hoogwaardig materiaal vanwege de hardheid en vele andere gunstige eigenschappen,” zei Chih-Hao Chang, universitair hoofddocent aan het Walker Department of Mechanical Engineering en leider van het nieuwe onderzoek. “Maar dezelfde eigenschappen die het aantrekkelijk maken, maken het ook moeilijk om op kleine schalen te produceren.”

Chang en zijn team hopen deze uitdaging te verlichten met nieuwe op Sapphire gebaseerde nanostructuren, zoals gedocumenteerd in Materialen horizon. De nanostructuren tonen de hoogste beeldverhouding tot nu toe voor dit materiaal, waardoor zijn superkrachten zijn zonder zijn stijfheid en hardheid volledig te verliezen.

Hoewel niet zo net zo krasbestendig als traditionele bulksaffier-de nanostructuren zijn op die manier vergelijkbaar met wolfraam of traditioneel glas-afstoten deze nieuwe saffiernanostructuren mist, stof en verblinding met zelfreinigende mogelijkheden.

“Dit is heel opwindend omdat nanostructuren traditioneel als kwetsbaar worden beschouwd, maar ze in saffier maken kan dit probleem oplossen,” zei Kun-Chieh Chien, een recente Ph.D. Afgestudeerd aan het lab van Chang en een van de hoofdauteurs.

Geïnspireerd door het mottenoog, verbetert het taps toelopende profiel van de saffiernanostructuren de lichtoverdracht en vermindert de glans. De hoge oppervlakte -energie en beeldverhouding van de nanostructuren creëren een superhydrofiel oppervlak om mist te voorkomen. De structuren kunnen ook worden behandeld als een superhydrofoob oppervlak om waterdruppeltjes van het oppervlak te laten rollen, waardoor het lotusbladeffect nabootst.

“Onze saffiernanostructuren zijn niet alleen multifunctioneel, maar ook mechanisch robuust, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen waar duurzaamheid en prestaties kritisch zijn,” zei Mehmet Kpenekci, een afgestudeerde student in Chang’s Lab en een van de hoofdauteurs.

Deze technologie heeft een breed scala aan voordelen. Voor consumenten kan dit leiden tot smartphones die gemakkelijker te lezen zijn in uitdagende lichtomstandigheden, lenzen en ramen die niet mist, camera’s die niet gevoelig zijn voor schittering en winterharde voorruiten die niet stoffig worden.

Terwijl we aan de volgende generatie ruimtevaart beginnen, kunnen de anti-stofseigenschappen ervoor zorgen dat missiekritische apparatuur niet in stof wordt aangekoekt tijdens landingsmissies op andere planeten, bijvoorbeeld. Het kan leiden tot het creëren van sterkere infraroodsensoren en beschermende vensters in verdedigingstoepassingen.

“Onze zelfreinigende saffieroppervlakken kunnen een stofvrij gebied van 98,7% behouden met alleen de zwaartekracht”, zei Andrew Tunell, de student die de experimenten met de stofadhesie uitvoerde. “Dit is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van bestaande stofbezittechnologieën en is met name gunstig voor toepassingen in de ruimte, waar water niet direct beschikbaar is voor het reinigen.”

De onderzoekers willen deze technologie tot leven brengen en ze willen deze op verschillende manieren verbeteren. Ze schalen de fabricage op om deze nanostructuren toe te passen op grotere monsters, waardoor de mechanische en chemische eigenschappen worden verbeterd om hun vaardigheden te verbeteren en nog meer echte toepassingen te verkennen.