Σούπερ Σαπφείρι: Ανθεκτικό σε Γρατσουνιές, Αντιλαμπρότητα και Αντι-σκόνη

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν κατασκεύασαν μια πειραματική επιφάνεια από ζαφείρι με νανοδομές που περιορίζουν τις αντανακλάσεις και το θάμπωμα, διευκολύνουν την απομάκρυνση σκόνης και αντέχουν στις γρατζουνιές. Το αποτέλεσμα δημοσιεύθηκε στο Materials Horizons. Δεν πρόκειται ακόμη για εμπορική οθόνη τηλεφώνου ή παρμπρίζ.

Γιατί να διαμορφωθεί το ζαφείρι σε νανοκλίμακα;

Το συμπαγές ζαφείρι είναι σκληρό και χρήσιμο σε οπτικά παράθυρα, αλλά η κατεργασία του είναι δύσκολη. Οι ερευνητές σχημάτισαν επαναλαμβανόμενες, κωνικές νανοδομές εμπνευσμένες από το μάτι του σκώρου. Το σχήμα τους μειώνει την ανάκλαση και επιτρέπει σε περισσότερο φως να περάσει. Η ομάδα μέτρησε περίοδο περίπου 330 νανομέτρων και λόγο ύψους προς πλάτος 2,1.

Η νανοδομημένη επιφάνεια έφτασε σε μετάδοση φωτός έως 95,8% σε μήκος κύματος 1.360 νανομέτρων υπό τις συνθήκες της μελέτης. Αυτό δεν σημαίνει 95,8% μετάδοση σε κάθε χρώμα ή σε κάθε τελικό προϊόν.

Αντοχή, θάμπωμα και σκόνη

Στις δοκιμές χάραξης και νανοδιείσδυσης οι δομές διατήρησαν μετρήσιμη μηχανική αντοχή. Η αναφερόμενη σκληρότητα ήταν περίπου 3,7 GPa, συγκρίσιμη με γυαλί ή ανθεκτικά μέταλλα όπως το βολφράμιο, αλλά χαμηλότερη από εκείνη του συμπαγούς ζαφειριού. Επομένως η επιφάνεια δεν είναι άφθαρτη.

Η υψηλή επιφανειακή ενέργεια κάνει τη βασική επιφάνεια υπερυδρόφιλη, ώστε το νερό να απλώνεται και να μειώνεται το θάμπωμα. Με άλλη επεξεργασία μπορεί να γίνει υπερυδρόφοβη, ώστε οι σταγόνες να κυλούν. Η ομάδα ανέφερε ότι το 98,7% μιας δοκιμαστικής επιφάνειας παρέμεινε χωρίς σκόνη μόνο με τη βαρύτητα. Οι ιδιότητες αυτές εξαρτώνται από την επεξεργασία και τις συνθήκες δοκιμής.

Πιθανές εφαρμογές και όρια

Οπτικοί φακοί, αισθητήρες, παράθυρα και οθόνες θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν ένα ανθεκτικότερο, καθαρότερο οπτικό υλικό. Πριν από την εμπορική χρήση χρειάζεται παραγωγή σε μεγαλύτερες επιφάνειες και έλεγχος αντοχής σε πραγματικές συνθήκες. Η μελέτη δεν δείχνει ότι κάθε οθόνη κινητού θα γίνει αδύνατο να γρατζουνιστεί.

Πηγή: Chien, K.-C. και συν., Materials Horizons 12, 1796–1807 (2025), doi:10.1039/D4MH01844C.