德州大學奧斯汀分校（The University of Texas at Austin）的研究團隊近期成功研發出一種全新的「超級藍寶石」（Super Sapphire）奈米結構，該技術不僅具備防塵、防眩光、防霧的特性，還保持了藍寶石固有的耐用性。這項突破性的創新，靈感來自大自然，未來可望應用於電子、光學、太空及國防等領域，並正在朝現實應用邁進。
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藍寶石的超能力
想像一下，手機螢幕即使掉落多次仍能完好無損，眼鏡能夠消除惱人的眩光，汽車擋風玻璃不再積聚灰塵。隨著新型藍寶石奈米結構的問世，這些願景將很快成為現實。
傳統上，藍寶石以其卓越的硬度著稱，幾乎無法被刮傷，因此在高性能應用中備受青睞。然而，其生產難度也限制了其在微觀領域的應用。德州大學奧斯汀分校沃克機械工程系（Walker Department of Mechanical Engineering）副教授、該研究的首席科學家張志豪（Chih-Hao Chang）表示：「藍寶石是一種高價值材料，因為它擁有極高的硬度和其他優異特性，但這些特性也使其小規模生產變得極具挑戰性。」
破紀錄的奈米結構
張教授的研究團隊在《Materials Horizons》期刊上發表的研究顯示，透過新的奈米結構技術，他們成功打造出具有極高縱橫比的藍寶石奈米結構，使其能夠同時保持剛性與硬度，並具備超凡的功能。
雖然這些奈米結構的抗刮擦性與傳統塊狀藍寶石相比稍遜，但其耐刮度與鎢或傳統玻璃相當。然而，該技術展現出卓越的防霧、防塵與防眩光能力，並具備自清潔特性。
「這項技術令人興奮，因為奈米結構通常被視為脆弱，但我們透過藍寶石克服了這個問題，」該研究的主要作者之一、剛獲得博士學位的簡昆杰（Kun-Chieh Chien）表示。
仿生設計與自清潔特性
研究團隊從大自然中獲取靈感，藍寶石奈米結構的錐形輪廓模仿了蛾眼的設計，進而提升光線穿透率並減少眩光。此外，該結構的高表面能與縱橫比，讓其形成超親水表面，可防止霧氣凝結。該技術還可調整為超疏水表面，使水滴迅速滑落，類似於荷葉效應。
「我們的藍寶石奈米結構不僅具備多功能性，還擁有極佳的機械強度，使其成為耐用性與性能要求極高應用的理想選擇，」研究生兼主要作者之一 Mehmet Kepenekci 表示。
廣泛應用與未來發展
這項技術將帶來眾多實用效益。例如，對消費者而言，它將提升智慧型手機在強光環境下的可讀性，防止相機鏡頭起霧與眩光，並讓窗戶與擋風玻璃保持清潔。
在太空探索領域，該技術的防塵性能可確保設備在其他星球的著陸任務中免受灰塵影響。而在國防應用上，它有望用於製造更強大的紅外線感測器與防護窗。
「我們的自清潔藍寶石表面，僅憑重力即可保持 98.7% 的無塵區域，」負責灰塵黏附實驗的學生安德魯·圖內爾（Andrew Tunell）表示。「這比現有的除塵技術有了顯著提升，尤其適用於太空環境，因為在太空中水資源有限，難以進行清潔。」
研究團隊目前正積極擴大製造規模，並持續改進奈米結構的機械與化學性能，以增強其功能。他們希望透過這項技術，為現實世界帶來革命性的變革。
文獻參考
- 超級藍寶石奈米結構「防塵、防眩光、防霧」，有望在多領域掀起革命
- Scientists Develop “Super Sapphire” That Resists Scratches, Glare, Fog, and More
- “具有防眩光、防霧和防塵特性的防刮藍寶石奈米結構”，作者：Kun-Chieh Chien、Mehmet Kepenekci、Andrew Tunell 和 Chih-Hao Chang，2025 年 2 月 11 日，Materials Horizons。 DOI: 10.1039/D4MH01844C
(圖片來源：德州大學奧斯汀分校)
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