Содержание
Создан самый черный спрей, который поглощает 99,8% света
Георгий
Голованов
31 марта 2017
Изобретение британских ученые из Surrey NanoSystems, спрей Vantablack с коэффициентом поглощения 99,6% — самый черный материал, известный науке, который заставляет казаться плоскими трехмерные объекты. Например, с его помощью можно заставить исчезнуть боевые самолеты или защитить от помех космические телескопы.
Читайте «Хайтек» в
В своем изначальном виде Vantablack — это не краска, пигмент или ткань, а особое покрытие из миллионов углеродных нанотрубок диаметром 20 нм и длиной от 14 до 50 микрон. На площади в 1 кв. см материала умещается около 1000 миллионов таких трубок. Когда свет попадает на него, он проникает в отверстия и почти мгновенно поглощается стенками, отскакивая от них.
Почти полное отсутствие отражательной способности создает практически идеально черную поверхность, пишет Science Alert.
По словам Бена Дженсена, технического директора компании, это покрытие способно улучшить возможности спутников по вычислению своего положения относительно звезд, поглощая рассеянный свет, который попадает на сенсоры и снижает точность приборов. Таким образом, можно будет снизить вес спутников, один из основных показателей, влияющих на стоимость запуска.
Кроме того, Vantablack можно применять в системах инфракрасного формирования изображений для улучшения соотношения сигнал — шум. Такие приборы применяют, к примеру, пожарные, измеряющие тепловую сигнатуру огня.
Vantablack был изобретен британскими учеными в 2014 году и уже тогда был назван самым темным материалом, когда-либо изготовленным в лабораторных условиях. Он поглощал 99,96% диапазона ультрафиолетового, оптического и инфракрасного излучения.
С тех пор авторы изобретения из компании Surrey NanoSystems смогли улучшить показатели материала и в 2016 сообщили, что ни один спектрометр в мире не обладает достаточной мощностью, чтобы измерить количество поглощаемого им света.
А теперь, в целях повышения рыночной привлекательности, ученые выпустили материал в виде спрея (не настолько черного, он поглощает всего 99,8%, но и этого достаточно, чтобы трехмерные объекты, покрытые этой краской, казались плоскими).
«Для того чтобы лучше понять этот эффект, попробуйте представить себе, что вы идете по лесу, деревья в котором примерно 3 км высотой, а не привычные 10-20 метров», — объясняют ученые. При взгляде на Vantablack человеческий глаз, которому требуется хоть немного отраженного света, чтобы понять, что находится перед ним, теряется. Некоторым людям начинает казаться, что они смотрят в бездонную яму.
Новая компания Илона Маска подсоединит мозг человека к компьютеру
Идеи
Особый вид нанокраски, защищающей банкноты и другие ценные бумаги от подделки разработали ученые МФТИ. В отличие от обычных красок, которые используются для печати дензнаков, у нанопорошка, который предлагают использовать в качестве пигмента, несколько защитных признаков.
Самый черный материал в мире
Вот еще один участник нашего раздела САМЫХ САМЫХ.
Инженеры-физики из британской компании Surrey Nanosystems представили свою новую разработку — уникальный материал под названием Vantablack, который считается самым тёмным в мире. По словам разработчиков, он поглощает практически весь свет, кроме ничтожных 0,035%, которые отражаются от его поверхности. Это интересное свойство делает Vantablack полностью невидимым, и разглядеть можно только объекты вокруг него.
Несмотря на неровности поверхности, мы их даже не видим
Видео под катом …
</p>
Научная пресса уже окрестила материал искусственной чёрной дырой. Такой мощной гравитацией, как настоящая погибшая звезда, Vantablack, разумеется, не обладает, но со светом он делает то же самое, что и космические чёрные дыры — поглощает и не выпускает. Другая интересная особенность нового материала заключается в том, что, даже будучи изогнутым, со стороны он всё равно кажется плоским, ведь для глаза все изгибы совершенно незаметны.
«При сгибании Vantablack наблюдатель ожидает увидеть вмятины и морщины, однако вместо всего этого он видит иллюзию совершенно тёмного отверстия в пространстве», — рассказывает соавтор исследования Бен Дженсен (Ben Jensen), который также является техническим директором компании Surrey Nanosystems.
Попытки создания абсолютно тёмного материала уже предпринимались и не раз. Так, в 2008 году команда из Политехнического института Ренсселера представила материал, который отражал всего 0,045% световых волн, но разработчикам из Surrey Nanosystems удалось побить этот рекорд.
Название материала происходит от словосочетания Vertically Aligned NanoTube Arrays ( Вертикально ориентированные массивы нанотрубок) и слова black ( чёрный).
Особые свойства материала отражены в его названии. Первые два слога Vanta являются акронимом от словосочетания vertically aligned carbon nanotube arrays, то есть «вертикально выровненные массивы углеродных нанотрубок». Углеродные нанотрубки учёные вырастили в лаборатории на алюминиевой фольге при низких температурах. Они оказываются плотно составленными вместе, что позволяет свету проникать внутрь, но очень небольшому количеству — преимущественно ультрафиолетовому, инфракрасному и микроволновому — отражаться от этого «леса».
Такой суперчёрный материал снижает уровень рассеянного света, а также в семь с половиной раз лучше чем медь проводит тепло и является в 10 раз более прочным, чем сталь. А потому он имеет массу потенциальных применений, в том числе в качестве «шапки-невидимки» для военных объектов, которые необходимо скрыть.
Также им можно покрывать внутреннюю часть высокочувствительных телескопов, предназначенных для обнаружения тусклых и далёких объектов. И наконец, его можно применять для повышения производительности солнечных панелей и инфракрасных датчиков.
Микрофотография структуры Vantablack®.
Процесс производства самого черного материала Vantablack® основан на технологии низкотемпературного синтеза вертикально-расположенных углеродных нанотрубок (англ. — vertically-aligned carbon nanotube (VANTA), разработанного фирмой Surrey NanoSystems. Методика осаждения покрытия Vantablack® подходит для различных материалов с размерами отдолей микрона и больше. Она легко сочетается со стандартными методами литографии и позволяет, в случае необходимости, выполнять сложные узоры.
Раньше VANTA-покрытия могли быть нанесены только на дорогостоящие, объемные жаропрочные сплавы и термостойкие материалы, такие как кремний, соответственно, их невозможно было использовать для чувствительной электроники или материалов с относительно низкой температурой плавления. Отличием покрытия из самого черного материалаVantablack® является то, что его можно синтезировать на многих чувствительных к температуре материалах (например, алюминии), которые имеют большое значение для наземных,воздушных и космических применений. Наноструктурированный Vantablack® является химически инертным, имеет высокое сопротивление ударам и вибрациям и демонстрирует превосходную стабильность при воздействии тепла и окружающей среды.
Самый черный материал представляет собой массив из вертикальных, расположенных вплотную друг к другу углеродных нанотрубок ). Такая своеобразная структура и определяет уникальные свойства Vantablack®, поскольку прошедшему сквозь «крону» такого наноуглеродного «леса» свету чрезвычайно трудно выбраться из этой ловушки и отразиться от поверхности из такого материала.
Vantablack® имеет самую высокую теплопроводность и минимальное отношение массы к объему среди всех материалов, которые могут быть использованы в приложениях, требующих высокой излучательной способности. Он обладает практически ничтожным уровнем дегазации и эмиссии частиц, таким образом устраняя основной источник загрязнения в чувствительных системах визуализации. Он выдерживает механические нагрузки, возникающие при запуске ракеты, а также долговременные вибрации и идеально подходит для облицовки внутренних компонентов, таких как отверстия, перегородки и оптические датчики на основе МЭМС (микроэлектромеханические системы).
Практическое применение самый черный материал нашел, главным образом, в оптическом приборостроении: в качестве эталонных источников излучения «черного тела» в чувствительных телескопах, спутниковых системах калибровки, ИК-детекторах и для подавления помех от рассеянного излучения в оптических системах. Также Vantablack® может применяться для военных транспортных средств и брони, так как сделает их практически невидимыми, особенно при использовании ночью.
[источники]
источники
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1800073
https://ru.wikipedia.org/wiki/Vantablack
http://www.worldofmaterials.ru/spravochnik/special-materials/182-samyj-chernyj-material-vantablack
А я вам еще напомню про Самый легкий материал в мире и например Новый самый прочный материал
Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz. ru/?p=66263
Tags: Наука
Загадка цвета
: ученые ищут самый черный черный
Есть черный, а есть ультра-черный: цвет более черный, чем черный, который поглощает до 99,9% света. У некоторых видов змей и глубоководных рыб появилась эта ультра-черная чешуя, чтобы замаскировать свои движения в темноте, в то время как пауки-павлины и некоторые райские птицы демонстрируют цвет в сочетании с более яркими оттенками для привлекательных ритуалов ухаживания.
Дакота Маккой, исследователь в области биофотоники в Стэнфордском университете, говорит, что эти биологические приспособления — например, как некоторые райские птицы используют свои поглощающие свет перья для преобразования частиц, называемых фотонами, в тепловую энергию — могут служить источником вдохновения для новых технологий. . «Инженеры очень умны и создали отличные устройства, но у природы есть несколько крутых трюков, — говорит Маккой. «Мы можем посмотреть на этих птиц и пауков и попытаться найти вдохновение для создания эластичных, устойчивых к атмосферным воздействиям материалов, которые действительно хорошо поглощают свет. Например, паук [павлин] исследуется для изготовления новых покрытий для солнечных панелей».
Более десяти лет ученые охотились за собственной, улучшенной версией ультрачерного материала, но не для ритуалов ухаживания. Материалы, способные поглощать до 99,9% света, могут увеличить поглощение тепла в технологии солнечной энергетики или найти применение в военных целях, таких как тепловая маскировка. Они также использовались в космосе, предотвращая попадание рассеянного света в телескопы и улучшая инфракрасные датчики, ориентированные на радиационный баланс Земли. Но насколько черными могут быть эти материалы?
Большая превосходная райская птица. (Фото: Natasha Baucas/CC BY-SA 2.0/Flickr)
Золотой стандарт
С доисторических времен люди использовали технический углерод — пигменты, которые традиционно получают путем обугливания слоновой кости, костей или виноградных лоз и стеблей. Художники Рембрандт и Йоханнес Вермеер, среди прочих, использовали сажу во многих известных картинах. А американский астроном Сэмюэл Пьерпонт Лэнгли создал первый болометр (прибор, который измеряет солнечное излучение по повышению температуры почерневшей металлической полосы) в 1870-х годах, используя сажу от газовой лампы.
Черный металл, полученный из золота, серебра и никеля, появился позже и до сих пор используется учеными. «[Золото-черный] пушистый, из-за отсутствия более сложного способа выразить это», — говорит Джон Леман, физик из Национального института стандартов и технологий (NIST), который начал производить детекторы с золотым черным в 80-х годах. «Это золото, которое вы выпариваете в азотной среде с низким давлением, и это очень похоже на снег, падающий на тротуар, если вы создадите правильные условия».
Когда на теплый тротуар падает снег, он превращается в мокрое месиво. Но когда снег попадает на холодный тротуар, он накапливается легче, создавая «пушистую» структуру, похожую на суперчерные перья райских птиц. Фотоны гремят вокруг микроструктур черных металлов почти таким же образом, прежде чем в конечном итоге быть поглощенными.
Выращивание лесов из нанотрубок
Примерно в 2004 году Lehman начал исследовать новую замену металлической сажи: углеродные нанотрубки, цилиндры из атомов углерода или графит. Эти трубки диаметром не более 100 нанометров более чем в 1000 раз тоньше человеческого волоса. «Если бы нанотрубка была телефонным столбом, это был бы телефонный столб диаметром фут и длиной три мили», — говорит Леман. Чтобы сделать их, ученые варят графит с металлом, например железом, в бескислородной печи. Когда графит нагревается, он оседает в кольцеобразном шаблоне, образованном металлом, прежде чем подниматься вверх.
Иллюстрация углеродных нанотрубок (Фото: nobeastsofierce/Shutterstock)
Углеродные нанотрубки — один из самых прочных и жестких материалов, открытых на сегодняшний день, но это не единственная причина, по которой Lehman и другие исследователи обратились к ним в поисках самого черного черного цвета. Их также можно выращивать литографически, то есть исследователи могут размещать их именно там, где они нужны, и останавливать их рост, когда они достигают желаемой высоты. «В прошлом золотой черный цвет — каламбур — был своего рода черным искусством», — говорит Леман. «Это действительно сложно сделать, получить правильную температуру «тротуара» и все такое. Так что мы действительно чувствуем, что это больше наука, чем искусство».
При правильном расположении «леса» углеродные нанотрубки становятся еще чернее. Леман и его коллеги из NIST выращивают леса с низкой плотностью, содержащие около миллиарда нанотрубок на квадратный сантиметр. Может показаться, что это много, но это не так. Трубки очень тонкие по сравнению с размером фотона — от 400 до 700 нанометров, достаточно тонкие, чтобы улавливать фотоны, а не позволять им немедленно отскакивать.
Пусть начнется гонка вооружений
За последние несколько лет различные компании и учреждения разработали свои собственные версии ультрачерных материалов с использованием углеродных нанотрубок. Эффективность каждого из них зависит от конечной высоты, плотности и распределения лесов нанотрубок. Vantablack®, созданный британской компанией Surrey NanoSystems, «удерживает независимо подтвержденный мировой рекорд как самое темное искусственное вещество», согласно его веб-сайту. Это также ультра-черный материал, с которым знакомо большинство людей, благодаря всеобщей войне, вызванной художественным доступом к пигменту. Версия материала Суррея больше похожа на карту нанотрубок, чем на лес, говорит Леман. «Им удалось сделать эту краску очень низкой плотности и избавиться от связующего, так что она больше похожа на сладкую вату».
Более свежая версия вышла из Массачусетского технологического института в 2019 году. В этом случае исследователи начали с металлического шаблона, который уже был немного шероховатым. Когда нанотрубки росли, они не были одинаковой высоты, что добавляло дополнительное измерение шероховатости. Ультра-черный материал был представлен на художественной выставке Нью-Йоркской фондовой биржи под названием «Искупление тщеславия». пустота.
«Искупление тщеславия» немецкого художника Димута Штребе. (Источник: AnugrahSamMathew1840429/CC BY-SA 4.0/Wikimedia Commons)
Lehman говорит, что гонке вооружений не видно конца: «Я начал свою карьеру с черных покрытий, и мы занимаемся этим уже более 15 лет. Я думаю, что это будет постоянный компромисс между тем, насколько черным вы можете что-то сделать, и тем, каково практическое применение». По его словам, несмотря на заявления, остается предметом споров, какой из материалов действительно самый черный. Но ясно одно: каждый из них поглощает огромный процент света (свыше 99,9 процента) и не ограничивается только видимым светом.
В инфракрасный диапазон… и далее
Углеродные нанотрубки поглощают длины волн света даже за пределами видимого диапазона, включая инфракрасный и дальний инфракрасный диапазоны. Это делает их полезными в различных датчиках и детекторах, особенно в космосе.
В 2018 году Лаборатория физики атмосферы и космоса Колорадского университета в Боулдере (LASP) запустила спутник под названием Compact Spectral Irradiance Monitor для измерения яркости Солнца. Разработанный с оптическим поглотителем из углеродных нанотрубок, он имел большую чувствительность и более широкий диапазон длин волн, чем его предшественники. И LASP вскоре объединится с НАСА для миссии стоимостью почти 130 миллионов долларов, известной как Libera, чтобы регистрировать, сколько энергии ежедневно входит и выходит из атмосферы нашей планеты. Это важная информация, когда речь идет о том, как меняется климат Земли с течением времени.
«Мы тратим миллионы долларов, но, в конце концов, это крошечный детектор в нижней части телескопа с углеродными нанотрубками на нем, который сообщает нам, какая температура», — говорит Леман. «Это то, чем я чертовски взволнован».
Самый темный цвет в мире темнее, чем Vantablack
- В сентябре 2019 года ученые из Массачусетского технологического института представили «самый черный на сегодняшний день» материал, который был изготовлен с использованием углеродных нанотрубок.
- Этот же материал использовался для изготовления Vantablack, который когда-то считался самым темным материалом в мире.
- Хотя он был создан учеными, он был задуман художником по имени Димут Штребе для проекта под названием «Искупление тщеславия».
- Штребе поручил ученым покрыть алмаз стоимостью около 2 миллионов долларов новым материалом.
LoadingЧто-то загружается.
Спасибо за регистрацию!
Получайте доступ к своим любимым темам в персонализированной ленте, пока вы в пути.
Ниже приводится стенограмма видео.
Рассказчик: Хотите верьте, хотите нет, но это бриллиант. И причина, по которой вы его не видите, в том, что он покрыт самым темным цветом на Земле. На самом деле этот материал настолько темный, что захватывает как минимум 99,995% входящего видимого света. Но почему он покрывает бриллиант стоимостью 2 миллиона долларов? И как это было сделано в первую очередь?
Рассказчик: Возможно, вы помните этот цвет, Vantablack. Он был представлен в 2014 году, и СМИ назвали его самым темным цветом в мире. Но вот этот цвет? Это не Вантаблэк. Это еще чернее. И это благодаря беспрецедентному сотрудничеству между наукой и искусством. Все это восходит к этому художнику, Димуту Штребе. В 2014 году она отправилась на поиски самого черного черного. Ее целью было заставить алмаз исчезнуть.
Diemut Strebe: Этот проект исследует, как ценности связаны с концепциями и объектами в отношении роскоши, искусства и общества.
Рассказчик: Тем временем ученый по имени Брайан Уордл выполнял совершенно другую миссию. Он работал с материалом, называемым углеродными нанотрубками, тем же материалом, который использовался для изготовления Vantablack, хотя он использовал их для повышения тепловых и электрических свойств таких материалов, как алюминий. Но Уордл мало что знал, он создавал что-то еще более мрачное, чем Vantablack.
Стребе: Брайан изучал оптические свойства УНТ только из-за художественного проекта. И это как бы стало причиной этого арт-проекта, поиска самого черного черного цвета.
Рассказчик: Новый материал, который Уордл еще не назвал, в 10 раз чернее любого другого цвета, о котором когда-либо сообщалось. И это, вероятно, связано со структурой самих нанотрубок. В данном случае Уордл и его команда вырастили их поверх алюминия. Ага. Они могут быть неживыми, но вы действительно можете вырастить углеродные нанотрубки. Сначала вы покрываете материал микроскопическими частицами металла. Затем вы запекаете его при высоких температурах в присутствии углеводородного газа. И это в основном все. Углеродные нанотрубки прорастут из этих металлических частиц, как растения из семян.
Брайан Уордл: Сделав это так, как мы сделали это здесь, вы правильно поняли рецепт, вы можете создавать леса. Это очень, очень длинные соотношения сторон, около миллиона. Верно, длина трубки примерно миллион относительно диаметра. И это превращается в то, что называется лесом.
Рассказчик: Этот лес нанотрубок является ключом к созданию этого черного цвета. Когда частицы света, называемые фотонами, входят в него, почти все они захватываются, а затем рассеиваются в виде тепла. Вот почему, когда вы смотрите на этот черный, вы не видите абсолютно ничего. Никаких теней, никаких хребтов, просто черное. И это сделало его идеальным для проекта Стребе по исчезновению алмазов. Фактически, команда Уордла следовала той же самой процедуре, чтобы вырастить эти нанотрубки прямо на алмазе. И это довольно дико, если учесть это:
Strebe: Оба сделаны из углерода. Это один и тот же элемент, просто разная структура атомных букв, что делает их такими противоположными в феноменологии, в их внешнем виде.
Рассказчик: И, как оказалось, этот материал полезен не только для многомиллионных художественных проектов.