德州大学奥斯汀分校（The University of Texas at Austin）的研究团队近期成功研发出一种全新的「超级蓝宝石」（Super Sapphire）奈米结构，该技术不仅具备防尘、防眩光、防雾的特性，还保持了蓝宝石固有的耐用性。这项突破性的创新，灵感来自大自然，未来可望应用于电子、光学、太空及国防等领域，并正在朝现实应用迈进。
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蓝宝石的超能力
想像一下，手机萤幕即使掉落多次仍能完好无损，眼镜能够消除恼人的眩光，汽车挡风玻璃不再积聚灰尘。随着新型蓝宝石奈米结构的问世，这些愿景将很快成为现实。
传统上，蓝宝石以其卓越的硬度著称，几乎无法被刮伤，因此在高性能应用中备受青睐。然而，其生产难度也限制了其在微观领域的应用。德州大学奥斯汀分校沃克机械工程系（Walker Department of Mechanical Engineering）副教授、该研究的首席科学家张志豪（Chih-Hao Chang）表示：「蓝宝石是一种高价值材料，因为它拥有极高的硬度和其他优异特性，但这些特性也使其小规模生产变得极具挑战性。」
破纪录的奈米结构
张教授的研究团队在《Materials Horizons》期刊上发表的研究显示，透过新的奈米结构技术，他们成功打造出具有极高纵横比的蓝宝石奈米结构，使其能够同时保持刚性与硬度，并具备超凡的功能。
张教授的研究团队在《Materials Horizons》期刊上发表的研究显示，透过新的奈米结构技术，他们成功打造出具有极高纵横比的蓝宝石奈米结构，使其能够同时保持刚性与硬度，并具备超凡的功能。
「这项技术令人兴奋，因为奈米结构通常被视为脆弱，但我们透过蓝宝石克服了这个问题，」该研究的主要作者之一、刚获得博士学位的简昆杰（Kun-Chieh Chien）表示。
仿生设计与自清洁特性
研究团队从大自然中获取灵感，蓝宝石奈米结构的锥形轮廓模仿了蛾眼的设计，进而提升光线穿透率并减少眩光。此外，该结构的高表面能与纵横比，让其形成超亲水表面，可防止雾气凝结。该技术还可调整为超疏水表面，使水滴迅速滑落，类似于荷叶效应。
「我们的蓝宝石奈米结构不仅具备多功能性，还拥有极佳的机械强度，使其成为耐用性与性能要求极高应用的理想选择，」研究生兼主要作者之一 Mehmet Kepenekci 表示。
广泛应用与未来发展
这项技术将带来众多实用效益。例如，对消费者而言，它将提升智慧型手机在强光环境下的可读性，防止相机镜头起雾与眩光，并让窗户与挡风玻璃保持清洁。
在太空探索领域，该技术的防尘性能可确保设备在其他星球的著陆任务中免受灰尘影响。而在国防应用上，它有望用于制造更强大的红外线感测器与防护窗。
「我们的自清洁蓝宝石表面，仅凭重力即可保持 98.7% 的无尘区域，」负责灰尘黏附实验的学生安德鲁·图内尔（Andrew Tunell）表示。 「这比现有的除尘技术有了显著提升，尤其适用于太空环境，因为在太空中水资源有限，难以进行清洁。」
研究团队目前正积极扩大制造规模，并持续改进奈米结构的机械与化学性能，以增强其功能。他们希望透过这项技术，为现实世界带来革命性的变革。
文献参考
- 超级蓝宝石奈米结构「防尘、防眩光、防雾」，有望在多领域掀起革命
- Scientists Develop “Super Sapphire” That Resists Scratches, Glare, Fog, and More
- “具有防眩光、防雾和防尘特性的防刮蓝宝石奈米结构”，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
(图片来源：德州大学奥斯汀分校)
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