Содержание
Создан самый черный материал в мире: это вышло случайно
Наука
11324
Поделиться
Ученые из Массачусетского технологического института представили материал, способный поглощать свет на 99,995 процента. Как ни удивительно это звучит, изобрести самый черную поверхность в мире у инженеров получилось практически случайно — во время эксперимента, проводившегося с другой целью.
Фото: R. Capanna, A. Berlato, and A. Pinato.
Самым черным цветом, встречающимся в природе, обладают оперение птиц, обитающих в Австралии — это происходит благодаря тому, что бородочки и крючки в перьях райских птиц расположены под особым углом, и свет, попадая на перья, не отражается, а попадает в пустоты внутри них. Самый черный уголь способен поглощать «всего лишь» 96 процентов света, а самый чёрный материал на Земле, Vantablack (vertically aligned nanotube arrays, вертикально ориентированные массивы нанотрубок), — 99,965 процента падающего на него излучения, то есть не слишком заметно «обгоняет» в этом отношении птичьи перья. «Действует» он по похожему принципу — материал состоит из насаждения вертикальных нанотрубок, которые «растут» на алюминиевой фольге. Фотоны, попадая на Vantablack, теряются между этими нанотрубками и, практически не отражаясь обратно, превращаются в тепло.
Создатели нового материала также экспериментировали с алюминием и углеродными нанотрубками, однако их целью был поиск способов усовершенствовать тепловые и электрические свойства проводников. В попытках достичь этого специалисты удалили ь с поверхности алюминия слой его оксида, применив для этого соли, содержащие ионы хлора. Вырастив нанотрубки на основе, полученной подобным образом, специалисты удивились, насколько черным оказалось их изобретение, и лишь впоследтсвии замеры показали, что новый материал способен поглотить до 99,995 процентов света, то есть отражает в десять раз меньше ближайшего «природного аналога» и значительно меньше аналога рукотворного.
Ученые считают, что их разработка может иметь немало практических применений во всех областях, где важно избегать светового «шума» — например, при строительстве космических телескопов. При этом ученые не исключают, что в будущем человечеству удастся создать еще более черные материалы.
Читайте материал «Россия и ЮНЕСКО учредят премию Менделеева»
Подписаться
Авторы:
org/Person»>Дмитрий Истров
Что еще почитать
Что почитать:Ещё материалы
В регионах
Всего один симптом: инфекционист рассказал, как отличить свиной грипп от обычного
21270
Томск
Мария Домрачева
Для чего на самом деле нужна колючая сторона на терке: ответит 1 из 10
17279
Калмыкия
Селедка под шубой: раз и навсегда определяемся с очередностью слоев
10155
Калмыкия
Что добавить в воду, чтобы быстро сварить свеклу для салата
9821
Калмыкия
В Ярославской области от простуды скончалась восьмиклассница
9487
Ярославль
Пока Франция посылает оружие против России, французские гипермаркеты собирают с россиян деньги
9445
Екатеринбург
Виталий Степанов
В регионах:Ещё материалы
Самый черный материал на Земле не дает тонуть в воде алюминиевому диску / Хабр
Этот материал — тот самый Vantablack 2, который не поддаётся измерению спектрометром
Еще два года назад компания Surrey NanoSystems создала из нанотрубок самый черный материал на Земле, который получил название Vantablack (Vertically Aligned NanoTube Arrays).
У этого материала был зафиксирован самый низкий коэффициент отражения среди всех прочих известных темных материалов — всего 0,036%. Для демонстрации свойств Vantablack его создатели сняли ролик с лазерной указкой. Пятно света, которое проходит по поверхности этого материала, просто пропадает. Все это похоже на черную дыру в миниатюре.
Уже в этом году специалисты той же компании представили новую версию Vantablack, Vantablack 2. Его коэффициент отражения пока не сообщается — просто потому, что чувствительность современных спектрометров слишком мала. В итоге коэффициент отражения остается неизвестным — нулю он не равен, это невозможно, но стремится к нему.
Такой материал может быть просто подарком для военных — ведь он поглощает свет, ультрафиолет, инфракрасное излучение. Военные при помощи Vantablack 2 могут создавать «теплозащитный камуфляж» для маскировки своей техники. Также его можно использовать в науке и технике — в частности, для калибровки оптического оборудования, предотвращения рассеивания света в телескопах, улучшения ИК-камер, работающих на Земле и в космосе.
Также материал может применяться в системах тепловой защиты и в качестве покрытия миниатюрных узлов и элементов различных микроэлектромеханических устройств. Наверное, какие-то аксессуары, покрытые таким материалом, будут популярны и среди богатых людей. Материал, не отражающий свет — это ведь может стать последним писком моды! Интересно, что учёным, создавшим Vantablack, запрещено разговаривать с журналистами на тему потенциального военного применения их материала, и цену на него они также отказались озвучить, ограничившись фразой «он очень дорогой». Ранее интерес к материалу высказывал скульптор Аниш Капур.
Пример скульптуры, изготовленной с использованием Vantablack. Выглядит очень необычно
Он же стал первым представителем мира искусства, получившего право использовать такой материал. При этом Капур получил эксклюзивное право на использование Vantablack 2, чему не слишком рады коллеги скульптора. Сейчас Vantablack уже используется в искусстве. В частности, этим материалом собираются покрывать даже толстовки.
Хотя, судя по тому, что говорят о цене Vantablack 2 его создатели, такая одежда будет не просто дорогой, а очень дорогой. Да и условия ее ношения пока неясны. Не смоет ли сверх-дорогое покрытие обычным дождем, например?
Покрытие Vantablack 2 на алюминии
Интересно, что разработчики не сообщают подробную информацию о процессе создания Vantablack 2, известно только, что в качестве основы используются нанотрубки, выращиваемые при температуре 430ºC в камере Chemical Vapour Deposition. Материал составляется из миллионов таких нанотрубок толщиной около 20 нанометров. Это в 3500 раз меньше, чем диаметр волоса человека — от 14 до 50 микрон. По оценкам специалистов, 1 см2 поверхности, покрытой Vantablack 2, содержит около миллиарда нанотрубок. Эффект абсолютной черноты создается благодаря тому, что свет попадает между трубок, отражается между ними и не может выйти наружу. Для понимания ситуации ученые предлагают представить ситуацию, когда вы прогуливаетесь по лесу, где высота деревьев составляет не 10-20 метров а 3 км и больше.
Нижние ярусы такого леса солнечных лучей видеть не будут вовсе.
Сейчас разработчики представили новое видео с участием своего материала. Видео необычное, поскольку здесь по поверхности воды плавает алюминиевый диск. Да, мы привыкли, что вещи плотнее воды тонут, но здесь все по-другому. Surrey Nanosystems демонстрируют экстремальную гидрофобность Vantablack 2. Диск без проблем плавает на поверхности воды, а когда его вынимают, он остается полностью сухим. Такое свойство материала объясняется тем, что у него чрезвычайно низкая энергия поверхности. В комплексе с большой поверхностью диска это помогает ему держаться на воде.
Вот и само видео:
Стоит отметить еще и то, что если человек смотрит на Vantablack 2, он не воспринимает предмет с таким покрытием, как нечто материальное. Вместо этого мозг говорит нам о том, что это провал в черноту, ничто.
Но все же это не абсолютно черное тело, как и говорилось выше, хотя степень поглощения материалом электромагнитного излучения определенных видов и стремится к 100%.
Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах. Таким образом, для абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 при излучениях всех частот, направлений распространения и поляризаций. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
Этот объект был покрыт самым черным материалом в мире, и это пугает нас
Серьезно, это не фотошоп.
Наконец-то мы его взломали. Ученые, наконец, выяснили, как нарисовать портал в другое измерение, как и предсказал Roadrunner из Loony Tunes. Кто хочет попробовать проехать на (очень маленьком) грузовике прямо через этот зияющий круг пустоты?
Если серьезно, то, на что вы смотрите, на самом деле не портал в другое измерение, но и не Photoshop.
Это действительно физический объект, на который распылили Vantablack — самый черный материал, известный науке.
Если вы не знакомы с Vantablack, он был изобретен британскими исследователями еще в 2014 году, и вскоре после этого он был объявлен самым темным материалом, когда-либо произведенным в лаборатории, способным поглощать 99,96% ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света. .
С тех пор команда разработчиков из Surrey NanoSystems увеличила его черноту и в начале 2016 года объявила, что ни один спектрометр в мире не обладает достаточной мощностью, чтобы измерить, сколько света он поглощает.
«Даже проводя по нему мощной лазерной указкой, почти ничего не отражается зрителю», — объясняют исследователи в видео на YouTube. «Мы никогда раньше не делали настолько «черный» материал, чтобы наши спектрометры не могли его обнаружить в инфракрасном диапазоне».
Чтобы сделать эту штуку более востребованной, команда выпустила аэрозольную форму, которая не такая черная — только блокирует 99,8% ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света — но это достаточно, чтобы трехмерные объекты казались отчетливо двухмерными.
Только взгляните на эту штуку, это действительно нервирует:
Так как же это на самом деле работает?
В своей исходной, самой черной форме Vantablack не является краской, пигментом или тканью, а на самом деле представляет собой специальное покрытие, состоящее из миллионов углеродных нанотрубок, каждая из которых имеет размер около 20 нанометров (примерно в 3500 раз меньше человеческого волоса). от 14 до 50 микрон. Для сравнения: 1 нанометр равен 0,001 микрона.
Таким образом, площадь поверхности Vantablack размером всего 1 квадратный сантиметр будет содержать около 1 000 миллионов этих крошечных нанотрубок.
Когда свет попадает на это устройство, он проникает в промежутки между нанотрубками и почти мгновенно захватывается и поглощается при отражении между ними.
«Почти полное отсутствие отражения создает почти идеальную черную поверхность», — говорят исследователи.
«Чтобы понять этот эффект, попробуйте визуализировать ходьбу по лесу, в котором деревья высотой около 3 км вместо обычных 10-20 метров. Легко представить, как мало света, если он вообще есть, достигает вас.»
Vantablack настолько темный, что человеческий глаз почти не может его воспринимать — нам нужен определенный порядок отраженного света, чтобы наш мозг мог обрабатывать то, что находится перед нами. В результате, по словам команды, способность наблюдателя к восприятию сбивается, и некоторые люди говорят, что смотреть на Vantablack все равно, что смотреть в бездонную дыру.
Их новая распыляемая версия, называемая Vantablack S-VIS, теперь позволяет им наносить Vantablack на гораздо более крупные объекты, а это означает, что существует вероятность того, что в этом материале будут окрашены самолеты-невидимки.
Вот как это выглядит, когда распыляется на трехмерную маску для лица, делая все ее особенности несуществующими для нашего глаза:
ge.com/news/sites/default/files/Reports/uploads/2017/03/31212316/face-vanta.png»> Surrey NanoSystemsА вот еще один из этого сферического объекта, черт возьми:
Если вам интересно, как получить в свои руки некоторые из этих материалов, к сожалению, они не доступны для покраски вашего автомобиля, но если вы работаете в университете или музее, вы можете получить образец.
Остальным из нас остается только любоваться этим чудом современной науки на расстоянии.
Вот сравнение обычной черной краски и Vantablack на тот случай, если вы все еще не уверены, что действительно возможно создать что-то буквально чернее черного:
Впервые эта статья появилась в ScienceAlert.
(Верхнее изображение: Surrey NanoSystems)
Бек Крю — отмеченный наградами научный блоггер, работающий в Scientific American Blog Network, Australian Geographic и World’s Best Ever.
Все высказанные мнения принадлежат автору.
Инженеры Массачусетского технологического института производят самый черный материал на Земле
Материалы
Просмотр 1 изображения
Обладая способностью поглощать 99,96% падающего на него света, материал, известный как Vantablack, заслужил большое внимание как самый черный материал в мире. Ученые тестировали его в космосе, а BMW использовала его для проверки своего внедорожника X6. ловить покрасочные работы. Но теперь инженеры Массачусетского технологического института утверждают, что они произвели материал в 10 раз более черный, чем что-либо до него, и это достижение может иметь полезные преимущества, в частности, для исследования космоса.
Новый материал на самом деле появился случайно, когда инженеры Массачусетского технологического института во главе с профессором аэронавтики и астронавтики Брайаном Уордлом экспериментировали с электропроводностью углеродных нанотрубок (УНТ), выращенных на таких материалах, как алюминий. Но в поисках решения проблемы, с которой они столкнулись по пути, команда, возможно, непреднамеренно обнаружила способ сделать ультрачерные материалы еще более темными.
При попытке вырастить УНТ на алюминии, что на самом деле является способом производства Vantablack и других ультрачерных материалов вместе с химическим осаждением из паровой фазы, команда продолжала обнаруживать слои оксида, формирующиеся, когда алюминий подвергался воздействию воздуха. Но замачивая алюминиевую фольгу в соленой воде перед тем, как поместить ее в печь для выращивания УНТ, команда смогла полностью избежать оксидного слоя.
Без оксидного слоя команда смогла вырастить углеродные нанотрубки на алюминии при гораздо более низких температурах, чем это было возможно раньше, примерно на 100 ° C ниже (180 ° F), если быть точным.
Это привело к значительному улучшению тепловых и электрических свойств материала, что не стало неожиданностью для ученых. Однако что застало их врасплох, так это то, насколько темным казался материал.
«Я помню, как заметил, насколько черным он был до выращивания на нем углеродных нанотрубок, а после роста он выглядел еще темнее», — говорит бывший постдоктор Массачусетского технологического института и соавтор исследования Кеанг Цуй. «Поэтому я подумал, что должен измерить оптическую отражательную способность образца».
Анализ команды рассматривал не только то, что материал способен отражать при воздействии света прямо над головой, но и со всех возможных углов. Это показало, что материал поглощал не менее 99,995% всего падающего на него света, что значительно превосходит светопоглощающие способности аналогичных материалов, включая знаменитый Vantablack.
«Опубликованная отражательная способность всех других сверхчерных материалов в видимом спектре, а также в ближнем и ИК-диапазоне приведена в нашей статье, и можно увидеть, что наш материал отражает в 10 раз меньше света в видимом спектре на любой заданной длине волны, чем следующий наименее отражающий материал, и по крайней мере в 10 раз меньше, чем у Vantablack, основываясь на их данных», — говорит Уордл New Atlas.
Понимание точных механизмов, лежащих в основе этого нового ультрачерного материала, все еще требует дополнительной работы, хотя ученые подозревают, что это связано с тем, как эти леса углеродных нанотрубок улавливают свет и преобразуют его в тепло. Хотя потребуются дополнительные исследования, чтобы определить точные причины этого, этот новый самый черный из черных материалов уже вызывает интерес в определенных научных сообществах.
На данный момент команда продемонстрировала этот материал в качестве покрытия для бриллианта стоимостью 2 миллиона долларов США, заменив его многочисленные грани и сложные детали безжизненной черной пустотой. Однако самые явные потенциальные области применения таких материалов лежат в сфере исследования космоса.
Когда телескопы и приборы для формирования изображений направлены на далекие небесные тела для изучения, блокирование других источников света, чтобы они не загрязняли поле зрения, является важной частью процесса. В 2016 году мы видели версию Vantablack, запущенную в космос для испытаний на борту спутника, и новый материал, разработанный в Массачусетском технологическом институте, может пойти по тому же пути.