Сапфир, устойчивый к царапинам

28.03.2025

Сапфир давно ценится не только как драгоценный камень, но и как высокопрочный материал, находящий применение в самых разных сферах - от оборонной промышленности до электроники. Однако, несмотря на его выдающиеся характеристики, сложность обработки и производства ограничивала его использование. Исследователи Техасского университета в Остине разработали инновационный подход, который позволит расширить функциональные возможности этого минерала, сделав его еще более полезным в технологической сфере.

Группа ученых под руководством Чи-Хао Чанга, доцента кафедры машиностроения, сосредоточилась на создании сапфировых наноструктур. Новая технология позволяет изменить свойства материала, сохраняя его высокую прочность, но при этом придавая ему дополнительные качества. Вдохновившись структурой глаз мотылька, исследователи разработали конические наностолбцы, способствующие улучшению светопропускания и уменьшению бликов. Это может значительно повысить качество изображений в оптических приборах, экранах смартфонов и других дисплеях.

Одной из ключевых особенностей новых сапфировых наноструктур является их способность к самоочищению. Благодаря высокой поверхностной энергии, они предотвращают запотевание и накапливание пыли. Кроме того, при специальной обработке поверхность может стать супергидрофобной, заставляя капли воды скатываться, как это происходит с листьями лотоса. По словам аспиранта лаборатории Чанга Мехмета Кепенекчи, подобные свойства делают материал особенно перспективным для применения в экстремальных условиях, где важны чистота поверхности и устойчивость к загрязнениям.

Хотя традиционный сапфир известен своей исключительной твердостью и устойчивостью к царапинам, наноструктурированные образцы демонстрируют несколько иные свойства. Они по-прежнему остаются прочными, однако их устойчивость к механическим повреждениям сравнима с вольфрамом или обычным стеклом. Тем не менее, способность отталкивать загрязнения и минимизировать световые отражения открывает перед ними новые перспективы в оптических и защитных покрытиях.

Исследовательская группа провела серию экспериментов по изучению устойчивости новых структур к накоплению пыли. Студент Эндрю Танелл, который отвечал за тесты на адгезию загрязняющих частиц, отметил, что поверхности сохраняли до 98,7% чистоты, используя только силу тяжести. Это делает их чрезвычайно перспективными для применения в аэрокосмической отрасли, где очистка от пыли и других загрязнений представляет серьезную проблему. В условиях будущих миссий на Луну или Марс подобные технологии могут оказаться жизненно необходимыми.

Дополнительным преимуществом разработанных наноструктур является их потенциал в военной сфере. Высокая устойчивость к бликам и способность пропускать больше света могут улучшить характеристики инфракрасных сенсоров и защитных экранов, что особенно важно для оборудования, работающего в сложных условиях. Кун-Чие Чиен, выпускник докторантуры лаборатории Чанга и один из авторов исследования, подчеркивает, что благодаря сочетанию прочности и новых оптических свойств сапфир может стать основой для создания более совершенных оборонных систем.

Эта инновация также может изменить потребительскую электронику. По словам ученых, использование сапфировых наноструктур в экранах смартфонов сделает их более устойчивыми к загрязнениям и бликам, что обеспечит комфортное использование устройств даже при ярком солнечном свете. Кроме того, линзы камер с таким покрытием будут меньше запотевать, а стекла автомобилей и другой техники дольше сохранят чистоту.

Разработанная технология открывает новые горизонты для сапфира как материала, сочетая в себе прочность, оптическую эффективность и самоочищение. Исследования Чи-Хао Чанга и его команды демонстрируют, что даже природные материалы могут быть усовершенствованы с помощью современных научных подходов, обеспечивая инновационные решения для различных отраслей - от смартфонов и автомобилей до космических аппаратов.

<< Назад: На Марсе обнаржены длинные молекулы жирных кислот 29.03.2025

>> Вперед: Орбитальный запуск космической ракеты Spectrum с территории Европы 28.03.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

AirPods Pro с инфракрасными камерами 27.11.2025

Apple традиционно играет роль новатора, поэтому ожидания от следующего поколения AirPods Pro особенно высоки. Новая модель, над которой компания уже активно работает, должна не просто улучшить звук, но и расширить способы взаимодействия человека с цифровой средой. Одним из наиболее заметных нововведений станет появление чипа Apple H3. Сегодняшние AirPods Pro используют поколение H2, обеспечивающее высокую скорость обработки звука, однако переход к H3 обещает еще более точное шумоподавление и сокращение задержки при беспроводной передаче аудио. По данным источников, новая архитектура улучшит энергоэффективность, а также позволит чипу глубже интегрироваться с устройствами экосистемы Apple. Особенно это касается гарнитуры Vision Pro, которая получит более синхронную работу с будущими наушниками. Не менее интригующей выглядит вторая инновация - миниатюрные инфракрасные камеры, встроенные непосредственно в корпус AirPods. Специалисты предполагают, что эти сенсоры смогут фиксировать дв ...>>

ИИ нужно воспринимать как пользователя 26.11.2025

Искусственный интеллект постепенно перестает быть скрытым компонентом программных решений и выходит на передний план. Сегодня алгоритмы не просто помогают обрабатывать данные, но и активно участвуют в рабочих процессах, принимают решения, взаимодействуют с корпоративными сервисами и получают доступ к критически важной инфраструктуре. Такое расширение их возможностей заставляет специалистов по безопасности переосмыслить, что именно означает присутствие ИИ в цифровой среде. Президент по продуктам и технологиям Okta Рик Смит подчеркивает, что воспринимать ИИ исключительно как технологическую надстройку уже невозможно. По его словам, компании обязаны учитывать, что искусственные агенты становятся участниками процессов наравне с живыми сотрудниками, а значит, требуют аналогичных мер защиты. Он формулирует это предельно прямо: "Мы должны защищать клиентов не только от людей, но и от ИИ-агентов - относиться к ним как к пользователям". Однако многие организации продолжают рассматривать И ...>>

Случайная новость из Архива Опиоидное обезболивающее без побочных эффектов 07.03.2017 Опиоидные препараты действуют как мощное обезболивающее, но обладают рядом побочных эффектов и могут вызвать зависимость. Но теперь эта проблема решена: немецкие ученые создали препарат, эффективно справляющийся с болью и совершенно не оказывающий на пациента негативного воздействия. Препараты на основе опиатов обладают большим количеством недостатков. Они часто приносят пациенту как незначительный дискомфорт, вроде кишечной непроходимости, так и серьезную опасность для жизни, такую как респираторный дистресс-синдром. Но отказаться от опиатов современная медицина не может: они крайне эффективно справляются с болью. К сожалению, до сих пор ученым не удавалось сделать так, чтобы опиоидные препараты приносили одну лишь пользу. Но эта проблема в прошлом. Исследователи разработали новый тип опиоидов, которые избирательно воздействуют только на воспаленные ткани. Теоретически, такой препарат не только облегчит боль, но также не вызовет побочных эффектов и зависимости. Изобретение уже было опробовано на крысах, и результат был сугубо положительный, так что в ближайшем будущем новый препарат может стать настоящей панацеей от различных видов боли. Опиоиды воздействуют на специальные рецепторы, расположенные по всему телу человека. Молекулы вещества совместимы с ними как ключ с замком, и при их взаимодействии происходит выброс дофамина в кровь, который и подавляет болевые ощущения. Это отлично подходит для воспаленных областей, но для здоровых тканей польза весьма сомнительна. Когда опиоиды прикрепляются к рецепторам в головном мозге, то могут взаимодействовать с нервами, контролирующими частоту дыхания человека, замедляя его до опасно низкого уровня. В желудочно-кишечном тракте опиоиды также могут негативно воздействовать на нервную систему, вызывая кишечную непроходимость (проще говоря, запор). Помимо всего перечисленного, высвобождение домафина вызывает эйфорию и релаксацию, что в дальнейшем может с высокой вероятностью спровоцировать зависимость от препаратов. Но что, если создать такое обезболивающее, которое будет избирательно взаимодействовать с опиоидными рецепторами лишь в поврежденных тканях? Чтобы выяснить это, группа исследователей в первую очередь проанализировала то, что отличает воспаленные ткани от здоровых с точки зрения кислотности среды. Оказалось, что кислотность поврежденных областей намного выше, чем здоровых, а значит дело было за малым: лабораторным путем были получены опиоиды, связывающиеся с рецепторами только в условиях повышенной килостности. Кристоф Штайн, профессор кафедры анестезиологии и интенсивной терапии при Свободном университете Берлина и соавтор статьи уверяет, что подобные меры устраняют риск возникновения побочных эффектов и зависимости - опиоиды попросту не связываются с рецепторами ни в ЖКТ, ни в головном мозге. Результаты исследования его команды опубликованы на днях в журнале Science. Новый препарат называется NFEPP, и его испытания на крысах прошли с положительным результатом: грызуны переставали чувствовать боль без какого-либо респираторного или желудочного дискомфорта. Даже после того, как нескольких крыс длительное время держали на опиоидах, после резкой отмены дозы те никак не отреагировали на этот факт, хотя обычно опиоидная зависимость у крыс развивается примерно так же, как и у людей. Что касается эффективности, то новый препарат и старое, давно проверенное на практике средство "фентанил" оказались одинаково действенными. Следующим шагом, по словам Штайна, станет испытание препарата на людях. К сожалению, здесь в дело вступает бюрократическая волокита, так что ученым повезет, если все необходимые разрешения они получат в течение хотя бы нескольких ближайших месяцев. Если их работа увенчается успехом, то это может стать настоящей революцией в сфере обезболивающих препаратов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025