Mając zdolność pochłaniania 99,96 procent światła, które w niego uderza, materiał znany jako Vantablack zyskał wiele uwagi jako najczarniejszy materiał na świecie, z naukowcami testującymi go w kosmosie i BMW używającym go do nadania swojemu SUV-owi X6 przyciągającego wzrok malowania. Ale inżynierowie MIT twierdzą teraz, że wyprodukowali materiał 10 razy czarniejszy niż cokolwiek przed nim, postęp, który może mieć użyteczne korzyści dla eksploracji kosmosu w szczególności.
Nowy materiał faktycznie powstał przez przypadek w pewnym sensie, jak inżynierowie MIT pod przewodnictwem profesora aeronautyki i astronautyki Brian Wardle eksperymentowali z przewodnictwa elektrycznego nanorurek węglowych (CNTs) uprawianych na materiałach takich jak aluminium. Ale w znalezieniu rozwiązania problemu, który napotkali po drodze, zespół może mieć nieumyślnie odkrył sposób, aby wziąć ultra-czarne materiały do jeszcze ciemniejszego terytorium.
Podczas próby wzrostu CNTs na alumnium, który jest rzeczywiście jak Vantablack i inne ultra-czarne materiały są produkowane wraz z chemicznego osadzania z fazy gazowej, zespół utrzymywał znalezienie warstwy tlenku formowania jak aluminium było narażone na działanie powietrza. Ale przez moczenie folii aluminiowej w słonej wodzie przed umieszczeniem go w piecu do wzrostu ich CNTs, zespół był w stanie uniknąć warstwy tlenku całkowicie.
Bez warstwy tlenku do czynienia z, zespół był w stanie rozwijać nanorurki węglowe na aluminium w znacznie niższych temperaturach niż było to możliwe wcześniej, na około 100 ° C chłodniej (180 ° F), być precyzyjne. Przyniosło to znaczną poprawę właściwości termicznych i elektrycznych materiału, co nie było zaskoczeniem dla naukowców. Jednak to, co ich zaskoczyło, to fakt, jak ciemny wydawał się materiał.
„Pamiętam, że zauważyłem, jak czarny był przed wzrostem nanorurek węglowych, a po wzroście wyglądał jeszcze ciemniej” – mówi były doktorant MIT i współautor badania, Kehang Cui. „Pomyślałem więc, że powinienem zmierzyć współczynnik odbicia optycznego próbki.”
Analiza przeprowadzona przez zespół przyjrzała się nie tylko temu, co materiał był w stanie odbić, gdy poddano go działaniu światła bezpośrednio z góry, ale pod każdym możliwym kątem. Ujawniło to, że materiał pochłonął co najmniej 99,995 procent całego światła, które w niego uderzyło, znacznie przewyższając możliwości pochłaniania światła przez podobne materiały, w tym bardzo sławny Vantablack.
„Opublikowane współczynniki odbicia wszystkich innych superczarnych materiałów w spektrum widzialnym, a także w pobliżu IR i IR, są podsumowane w naszym dokumencie, a nasz materiał można zobaczyć, aby odbijać 10 razy mniej światła w całym spektrum widzialnym przy każdej danej długości fali niż następny najmniej odblaskowy materiał, a co najmniej 10 razy mniej niż Vantablack w oparciu o ich dane,” Wardle mówi New Atlas.
Zrozumienie dokładnych mechanizmów stojących za tym nowym ultra-czarnym materiałem wymaga jeszcze więcej pracy, choć naukowcy podejrzewają, że ma to związek ze sposobem, w jaki te lasy węglowych nanorurek zatrzymują światło i zamieniają je na ciepło. Podczas gdy trzeba będzie dalszych badań, aby przypiąć dokładne powody, dlaczego, ten nowy najczarniejszy z czarnych materiałów jest już generuje trochę zainteresowania w niektórych środowiskach naukowych.
Na razie, zespół zademonstrował materiał jako powłoka dla US $ 2-million diamentu, zastępując jego wiele faset i skomplikowane szczegóły z pozbawioną życia czarną pustkę. Najwyraźniejsze potencjalne zastosowania dla tego rodzaju materiałów, jednak leżą w sferze eksploracji kosmosu.
Gdy teleskopy i instrumenty obrazowania są zwrócone w kierunku odległych ciał niebieskich do badania, blokowanie innych źródeł światła, aby nie zanieczyszczały pola widzenia jest ważną częścią procesu. W 2016 roku widzieliśmy wersję Vantablack wystrzeloną w kosmos do testów na pokładzie satelity, a nowy materiał opracowany w MIT może podążać podobną ścieżką. Astrofizyk i laureat nagrody Nobla John Mather jest jednym z tych, którzy badają wykorzystanie tego nowego materiału w konstrukcji zaawansowanych kloszy, które strzegą teleskopów kosmicznych przed obcym światłem.
„Optyczne właściwości materiałów nie są specjalnością mojej grupy, ale rozmawiałem z wieloma naukowcami o zastosowaniach czarnych materiałów do wychwytywania światła w instrumentach optycznych i laserach, w szczególności w celu poprawy skuteczności kloszy gwiazd, które pomagają w identyfikacji i charakteryzacji egzoplanet,” mówi Wardle.
Praca opisująca badania zespołu została opublikowana w czasopiśmie ACS-Applied Materials and Interfaces.
.