Содержание
самый чёрный материал на Земле не поддаётся измерению спектрометром / Хабр
alizar
Научно-популярное Нанотехнологии Физика
Алюминиевая фольга с покрытием Vantablack
В 2014 году британская компания Surrey NanoSystems изготовила из нанотрубок материал Vantablack с рекордно низким коэффициентом отражения 0,036% в видимом диапазоне. Если посветить на него мощной лазерной указкой, то пятно света просто пропадает, как в чёрной дыре. Материал внесён в Книгу рекордов Гиннесса как самая чёрная субстанция, изготовленная человеком.
Сейчас учёные усовершенствовали материал. К сожалению, сообщить характеристики они пока не в состоянии: новое покрытие Vantablack 2 не поддаётся измерению ни одним спектрометром.
Учёные предполагают, что материал найдёт применение в космической индустрии и военной промышленности.
Например, такое покрытие можно использовать для самолётов типа «стелс», для калибровки телескопов и инфракрасных сканеров, в камерах, сенсорах, научном оборудовании, и даже для создания эстетического эффекта в дорогих предметах роскоши, считают изобретатели.
Vantablack эффективно поглощает электромагнитное излучение не только в видимом диапазоне, но также в ультрафиолете и ИК. Пока что о новом материале нет подробной информации, только видеоролик, отснятый инженерами Surrey NanoSystems сразу после изъятия материала из печи. Нанотрубки выращивают в камере Chemical Vapour Deposition при температуре 430ºC или выше.
Первая версия покрытия Vantablack изготавливалась из нанотрубок длиной 20 нанометров. На одном квадратном сантиметре покрытия помещался примерно 1 миллиард нанотрубок. Компания разработала также версию покрытия Vantablack S-VIS, которую можно наносить в виде спрея — его можно назвать самой чёрной в мире краской, хотя коэффициент отражения у краски повыше, чем у оригинального покрытия.
В октябре 2015 года о создании материала с рекордно низкой отражательной способностью в видимом и инфракрасном свете (тоже на основе углеродных нанотрубок) объявили исследователи из Саудовской Аравии. Структура материала позволяет поглощать примерно 98-99% электромагнитного излучения в видимом и ИК-диапазонах, а именно с длиной волны от 400 до 1400 нм, причём под любым углом и с любой поляризацией света.
Продажи Vantablack осуществляет компания Surrey NanoSystems на территории Великобритании только юридическим лицам. На товар могут действовать экспортные ограничения.
Теги:
- Surrey NanoSystems
- Vantablack
- спектрометр
- коэффициент отражения
Хабы:
- Научно-популярное
- Нанотехнологии
- Физика
Всего голосов 30: ↑25 и ↓5 +20
Просмотры
89K
Комментарии
156
Анатолий Ализар
@alizar
автор, фрилансер
Telegram
Комментарии
Комментарии 156
11 интересных фактов о Vantablack, одним из самых чёрных из известных веществ
Vantablack — это увлекательный материал, созданный британской компанией Surrey NanoSystems.
Это одно из самых темных известных веществ, которое может поглощать до 99,965% видимого света (если свет падает перпендикулярно поверхности материала).
Хотя слово VANTABLACK звучит как персонаж Marvel, на самом деле это аббревиатура от Vertical Aligned NanoTube Arrays Black.
Несмотря на свои уникальные свойства и несколько полезных функций, он не так популярен, как другие синтезированные материалы, такие как геополимеры и полисилоксаны. Ниже мы перечислили несколько интересных фактов о Vantablack, которые дадут вам всестороннее представление о разработке, поведении и применении материала.
1. Vantablack — это не цвет
Цвета — это характеристики зрительного восприятия человека. Когда свет падает на объект, его поверхность отражает некоторые цвета, поглощая все остальные. Мы воспринимаем только отраженные цвета.
Vantablack — это не цвет, а материал. Он состоит из множества крошечных полых углеродных нанотрубок, каждая из которых примерно в 50000 раз меньше ширины человеческого волоса.
Площадь поверхности площадью 1 см содержит около 1 миллиарда нанотрубок.
Когда свет падает на эти нанотрубки, он поглощается, и очень маленькая часть света достигает нашего глаза. Таким образом, Vantablack — это фактически «отсутствие цвета».
2. Куда же девается этот цвет?
Метод химического осаждения из паровой фазы используется для создания Vantablack, который включает выращивание «леса» вертикальных трубок на подложке. Когда свет падает на этот материал, он попадает в ловушку и постоянно отклоняется среди нанотрубок. В конце концов, свет поглощается и рассеивается в тепло.
3. Создание Vantablack
Многие похожие цветопоглощающие материалы были разработаны в начале 2010-х годов. Однако этот материал особенно интересен из-за того, что его можно создать при температуре 400 ° С.
NASA выращивало предыдущие глубокие оттенки черного при 750°C, что требовало от веществ большей жаростойкости, чем Vantablack, ограничивая их практическое применение.
4.
Термостойкий материал
Уровни выпадения частиц и выделения газа (выброс вещества, попавшего в материал) Vantablack очень низки по сравнению с аналогичными веществами, разработанными в начале 2010-х годов.
Vantablack также обладает большей термостойкостью и повышенной устойчивостью к механическим вибрациям. Материал нерастворим в воде и имеет плотность 2,5 мг / см 3. Он имеет температуру плавления более 3000 °С.
5. Это не похоже на теплый бархат
Хотя материал поглощает до 99,965% падающего света и имеет мягкий, бархатистый вид, он не приводит к физическим ощущениям. Vantablack ощущается как гладкая поверхность на ощупь.
6. Восприимчивы к повреждениям
Вертикально выровненные нанотрубки чрезвычайно длинные по сравнению с их диаметром. Они остаются в вертикальном положении в нормальных условиях, но если вы оказываете сильное давление, они могут легко сломаться. Поэтому Vantablack нельзя наносить на незащищенные поверхности. Он потерял бы свою магию одним движением руки.
Хотя он чувствителен к прикосновению, он может противостоять другим воздействиям, таким как вибрация и удары. Это потому, что углеродные нанотрубки практически не имеют массы. Отсутствие массы означает отсутствие силы во время ускорения. Таким образом, Vantablack может быть идеальным веществом для объектов, которые выдерживают ухабистые поездки, такие как запуск в космос.
7. Vantablack не самый темный материал в мире
В 2019 году исследователи из Массачусетского технологического института придумали «самое черное» вещество, которое примерно в 10 раз темнее, чем Vantablack. Он поглощает более 99,995% падающего света, что делает его самым темным материалом за всю историю наблюдений.
8. Коммерческое производство
Первоначально этот материал был разработан Национальной физической лабораторией в Соединенном Королевстве. В то время как Surrey NanoSystems Limited является торговой маркой Vantablack, вертикально выровненные массивы нанотрубок продаются различными компаниями, включая Barbara Infrared и NanoLab.
Первый продукт Vantablack был поставлен в 2014 году, а производство было расширено в 2015 году для удовлетворения потребностей покупателей в оборонном и космическом секторах.
9. Три версии Vantablack
Наряду с разработкой выровненных углеродных трубок Vantablack также выпускается в трех различных распыляемых красках:
Vantablack S-VIS: использует случайно выровненные углеродные нанотрубки для поглощения полосы видимого света.
Vantablack S-IR: использует случайно выровненные углеродные нанотрубки и лучше поглощает инфракрасное излучение.
Vantablack VBx: это не нанотрубочные распыляемые краски, которые гораздо проще применять, чем первые.
3D-лицо, покрытое Vantablack / Surrey NanoSystems
10. Применение
Будучи одним из самых темных веществ, когда-либо синтезированных, он имеет множество потенциальных применений, от повышения производительности космических инфракрасных камер до подавления постороннего света от попадания в телескопы.
Космическая технология: Покрытия Vantablack используются для калибровки черного тела инфракрасных камер и для предотвращения попадания постороннего света в оптические системы. Эти покрытия эффективны в спектральном диапазоне от ультрафиолетового до почти миллиметрового (ТГц).
Оптика и системы линз: Vantablack S-VIS может использоваться в современных линзах. Покрытие значительно уменьшает чрезмерную экспозицию, вспышку и блики, возникающие из-за рассеянного света. Это может обеспечить рендеринг изображений с более высокой контрастностью и более высоким качеством, которые используют полный динамический диапазон датчика.
Автомобильный: покрытие Vantablack можно наносить на автомобильные оптические датчики и дисплей. Это улучшило бы надежность системы даже в условиях плохого освещения.
Глубокое черное покрытие на защитных экранах или корпусах камер практически исключает привязку датчика, устраняет блики и размытие пикселей, что приводит к созданию более точных и безопасных систем.
Он также может быть применен к возвратной оптике LiDAR для поглощения всего падающего света и улучшения общей производительности системы дневного света.
BMW X6 с краской Vantablack
В сентябре 2019 года, BMW показал в концепции X6 с Vantablack краской. Хотя неотражающая краска, безусловно, будет отличать внедорожник от многолюдных конкурентов, компания не планирует производить цвет на серийных моделях X6.
В настоящее время этот гипнотизирующий черный цвет также используется художниками и дизайнерами для украшения предметов и создания интригующих оптических иллюзий. Фактически, если вы видите этот цвет на трехмерном объекте, таком как сморщенная фольга, сторона с покрытием выглядит как темная 2D (плоская) поверхность.
Vantablack выращен на фольге
11. Не так легко купить
Производство Vantablack-это сложный процесс: в настоящее время он разрабатывается в Surrey NanoSystems lap с использованием сложных машин. Общий процесс производства (запатентованный) занимает почти 2 дня.
Таким образом, вы не можете просто купить ведро Vantablack и начать красить свои стены. Это стоит больше, чем золото и бриллиант. Однако если вам это нужно для вашего исследовательского проекта, вы можете предоставить необходимую информацию в компанию.
Vantablack: чернее черного, но где используется самый темный материал в мире?
Когда самый темный материал в мире попал в заголовки газет в 2014 году, эксперты предсказывали, что он будет использоваться для того, чтобы сделать военные самолеты невидимыми, произвести революцию в наших телескопах и создать новые тенденции в высокой моде «чернее черного».
Vantablack, изобретенный британской технологической компанией Surrey NanoSystems, представляет собой материал глубокого черного цвета, который поглощает 99,96% падающего на него света.
Его можно использовать для покрытия 3D-объектов, превращая их в визуально плоские черные «дыры» без ощущения формы.
Но, судя по разрекламированному началу, действительно ли Vantablack существует в реальном мире через три года после того, как он был впервые представлен?
По словам главного технического директора Surrey NanoSystems Бена Дженсена, ответ положительный.
Он говорит, что прямо сейчас компания занимается целым рядом приложений, и на горизонте появятся новые, хотя ни одно из них не связано с покраской самолетов-невидимок в черный цвет.
«Будущие приложения открываются постоянно — буквально ежедневно мы получаем новые приложения, некоторые из которых просто огромны», — сказал он.
«Рынок для него расширяется и расширяется, и для нас проблема заключается в масштабировании — строить больше и быстрее, чтобы удовлетворить этот спрос.»
Лес из нанотрубок
Покрытие Vantablack, нанесенное на кусок алюминиевой фольги (Поставляется: Surrey NanoSystems)
Создание покрытия Vantablack начинается с «частиц катализатора» не больше нанометра или двух в диаметре, которые после насыщенные газом, вырастают в углеродные нанотрубки.
На каждый квадратный сантиметр покрытия приходится около миллиарда таких нанотрубок.
Структура равномерно расположенных нанотрубок — не слишком далеко друг от друга и не слишком плотных — позволяет частицам света проникать в промежутки между трубками и поглощаться ими подобно свету, падающему между стволами обширного леса деревьев.
Часть света, отражаемого покрытием, исходит от световых частиц, попадающих на самые верхние части нанотрубок.
Само по себе покрытие, по словам мистера Дженсена, выглядит ничем не примечательным.
«Если вы видите его на плоской поверхности без какого-либо другого черного материала, с которым можно сопоставить его, он просто выглядит как черная бархатная поверхность», — сказал он.
Но когда другие черные поверхности расположены рядом с ним, они выглядят серыми. А когда это применяется к 3D-объектам, они почти исчезают в бесформенном двухмерном силуэте.
«Если вы видите это на трехмерном объекте, например, на мятой фольге, сторона с покрытием по-прежнему выглядит как черная двухмерная плоская поверхность. Только когда вы поворачиваете ее и понимаете, что она имеет много измерений, вы понять, насколько это отличается», — сказал г-н Дженсен.
Поскольку он сделан из тонких углеродных нанотрубок, длина которых превышает 99 процентов пустого пространства, к Vantablack нельзя прикоснуться, не повредив эффект покрытия.
Но если его поместить туда, где его нельзя будет побеспокоить — например, внутри прибора, используемого в космосе, — он будет вести себя как черная дыра, поглощая любой падающий на нее свет.
Vantablack в космосе
Loading
Благодаря своим светопоглощающим качествам Vantablack может улучшить существующие технологии, используемые в космосе, чтобы предотвратить воздействие нежелательного отраженного света на такие инструменты, как устройства слежения за звездами и телескопы.
Суперчерное покрытие дебютировало в космосе на европейском микроспутнике, запущенном в декабре 2015 года. свет, попадающий на его датчики и иначе влияющий на точность прибора.
«Вы можете себе представить, что люди в космосе думают, что это действительно черное и темное, но на самом деле там невероятно ярко, потому что Солнце похоже на огромную дуговую лампу, а свет отражается от Земли и Луны. Итак, звезды действительно очень слабые», — сказал он.
«Этот материал поможет камерам звездного слежения повысить производительность и уменьшить массу спутника, что действительно важно.»
Другое космическое приложение, которое в настоящее время испытывается компанией Surrey NanoSystems, включает в себя нанесение покрытия на опорные плиты спутников наблюдения Земли, где его можно использовать для калибровки камер спутника перед тем, как они сделают снимок.
Vantablack также предназначен для использования в инфракрасных датчиках после того, как он был приобретен американским производителем инфракрасных приборов.
Г-н Дженсен сказал, что покрытие поможет улучшить отношение сигнал/шум в системах инфракрасного изображения, таких как те, которые используются пожарными для обнаружения тепловых сигнатур пожаров или людей в огне.
«Там, где они ищут тепло тела и хотят получить наилучший возможный сигнал, этот материал помогает улучшить производительность этих систем визуализации», — сказал он.
Конечно, не все приложения Vantablack ориентированы на науку.
Он также вызвал интерес из-за его эстетических свойств, и спорно доступен британо-индийскому художнику Анишу Капуру для его исключительного использования, что критикуют другие художники, которые также хотят использовать особые свойства Vantablack в своем искусстве.
Капур использовал этот материал для сотрудничества с производителем роскошных часов MCT для часов ограниченной серии, в которых используется цвет Vantablack на заднем циферблате и минутной стрелке.
НАСА работает над собственным суперчерным материалом
Это полезная нагрузка, которая тестировала суперчерный материал НАСА в космосе. Материал находится слева. (Прислано: NASA Goddard/Chris Gunn)
НАСА также занимается разработкой сверхчерных материалов уже около десяти лет.
В 2014 году компания выпустила собственное покрытие из углеродных нанотрубок, которое поглощает около 99,9% света — в космос для испытаний на Международной космической станции.
Джон Хагопиан, инженер-оптик, участвовавший в исследованиях НАСА о супер-черных с самого начала, сказал, что космический полет показал, что их материал может выжить, если он будет заключен в инструмент.
«Таким образом, вы можете использовать его в перегородках, управлении спутниками, поглотителях для сверхпроводящих детекторов. Существует масса применений», — сказал он.
Г-н Хагопян считает, что сверхчерные материалы имеют яркое или даже очень темное будущее в коронографах. Это устройства, которые прикрепляются к телескопу и блокируют свет звезды, чтобы объекты поблизости, например экзопланеты, можно было лучше увидеть.
«Если вы смотрите на очень тусклый объект, например планету, вокруг далекой звезды, и используете коронограф, и он блокирует блики звезды, вы можете увидеть атмосферную сигнатуру ближайшей планеты», — сказал он. .
«Пока что никто не делал ничего подобного с коронографом, но мы находимся в процессе создания реализации для этого.
У него действительно большой потенциал.»
Ученые НАСА разрабатывают коронограф, который можно покрыть углеродными нанотрубками (Прислано: Грег Кард/High Altitude Observatory)
Хотя он и говорит, что у этого материала есть будущее в космосе, г-н Агопян считает маловероятным, что это покрытие попадет во многие предметы повседневного обихода из-за деликатной природы углеродных нанотрубок.
«Чтобы сделать эти материалы достаточно прочными, чтобы их можно было использовать на вещах, которые подвергаются воздействию грязи и окружающей среды, прикосновению — я действительно не вижу в этом практичности», — сказал он.
Г-н Дженсен предсказывает, что большой областью роста для Vantablack будет автомобильная промышленность, где покрытие может использоваться для предотвращения воздействия света на датчики беспилотных автомобилей.
«Если вы едете при слабом солнечном свете, и он ослепляет систему обзора, вы попадаете в небезопасную ситуацию.
Все, что вы можете сделать с этими технологиями, позволяющими защитить и улучшить подавление рассеянного света в системе обзора, — это реальная выгода», он сказал.
Наука в вашем почтовом ящике
Получайте все последние научные новости со всей ABC.
Адрес электронной почты
Опубликовано , обновлено
Блок Индии |
Оставить комментарий
Инженеры Массачусетского технологического института создали самое черное покрытие из углеродных нанотрубок, которое, как сообщается, в 10 раз темнее любого материала, созданного ранее, включая Vantablack.
Покрытие, изготовленное из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (УНТ), выращенных на протравленной хлором алюминиевой фольге, может поглощать 99,995% видимого света.
«Наш материал в 10 раз чернее всего, о чем когда-либо сообщалось», — сказал Брайан Уордл, профессор аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института.
Vantablack, созданный Surrey NanoSystems, поглощает до 99,96 % видимого света и даже не был самым черным черным за всю историю наблюдений.
Материал впитывает 99,995 процента видимого света
Уордл и группа исследователей из Массачусетского технологического института создали покрытие, экспериментируя со способами выращивания УНТ на алюминии для улучшения его проводимости.
На воздухе алюминий образует оксидный слой, который ухудшает его тепло- и электропроводность. Чтобы удалить этот слой, ученые вымачивали алюминиевую фольгу в соленой воде на основе хлора.
Протравленную фольгу перенесли в бескислородную среду, затем поместили в печь для выращивания УНТ методом химического осаждения из паровой фазы.
Самый черный черный цвет, созданный случайно
Как и ожидалось, этот процесс улучшил тепловые и электрические свойства материала. Но цвет материала удивил исследователей.
«Я помню, как заметил, насколько черным он был до выращивания на нем УНТ, а затем, после роста, он выглядел еще темнее», — сказал Кеханг Цуй, соавтор статьи о новом черном цвете вместе с Уордлом.
«Итак, я подумал, что должен измерить оптическую отражательную способность образца.»
Цуй протестировал материал при освещении под любым возможным углом и обнаружил, что он поглощает 99,995% падающего света.
«Непонимание», почему новый материал самый черный
Крошечные, похожие на леса скопления углеродных нанотрубок улавливают свет, поэтому любые выступы или выступы становятся невидимыми, а материал выглядит как черная пустота.
«Известно, что леса CNT различных разновидностей чрезвычайно черные, но отсутствует механистическое понимание того, почему этот материал является самым черным», — сказал Уордл. «Это требует дальнейшего изучения».
Аниш Капур получает эксклюзивные права на самый черный черный в мире
Этот новый самый черный цвет вызвал интерес со стороны аэрокосмической промышленности. Такие инструменты, как камеры и телескопы, используемые для изучения космоса, выигрывают от черного покрытия, которое может поглощать любые нежелательные блики.
«Хотели бы вы увидеть Землю, вращающуюся вокруг другой звезды? Нам нужно что-то очень черное», — сказал астрофизик и лауреат Нобелевской премии Джон Мазер.
«И этот черный должен быть прочным, чтобы выдержать запуск ракеты. Старые версии представляли собой хрупкий лес из меха, но эти больше похожи на щетки для горшков — созданы для того, чтобы выдерживать жестокое обращение.»
Последняя разработка в конкурсе на создание самого черного черного цвета
Помимо публикации исследовательской работы по этой теме, команда Массачусетского технологического института сотрудничала с Димутом Стребе, художником-резидентом Центра искусства, науки и технологий Массачусетского технологического института, чтобы продемонстрировать потенциал материала.
Strebe покрыл этим материалом природный желтый бриллиант весом 16,78 карата стоимостью 2 миллиона долларов (1,6 миллиона фунтов стерлингов), поэтому блестящий драгоценный камень выглядит как плавающая черная пустота. Произведение называется «Искупление тщеславия».
Конкуренция за разработку и контроль над самым черным черным цветом является жесткой. Художник Аниш Капур печально известен тем, что контролирует права на использование Vantablack в искусстве, что побудило художника Стюарта Семпла разработать Black 3.0, акриловую краску, конкурирующую с Vantablack, которую Капуру запрещено использовать.
Но команда Массачусетского технологического института настроена оптимистично в отношении создания самого темного материала.
«Самый черный черный — это постоянно движущаяся мишень», — сказал Уордл.
«Кто-то найдет более черный материал, и в конце концов мы поймем все лежащие в его основе механизмы и сможем должным образом создать идеальный черный цвет».
Фотография Димута Штребе.
Подпишитесь на нашу рассылку
Ваша электронная почта
Dezeen Debate
Наш самый популярный информационный бюллетень, ранее известный как Dezeen Weekly. Рассылается каждый четверг и содержит подборку лучших комментариев читателей и самых обсуждаемых историй. Плюс периодические обновления услуг Dezeen и последние новости.
Новинка! Dezeen Agenda
Рассылается каждый вторник и содержит подборку самых важных новостей. Плюс периодические обновления услуг Dezeen и последние новости.
Dezeen Daily
Ежедневный информационный бюллетень, содержащий последние новости от Dezeen.
Dezeen Jobs
Ежедневные обновления последних вакансий в области дизайна и архитектуры, рекламируемых на Dezeen Jobs. Плюс редкие новости.
Dezeen Awards
Новости о нашей программе Dezeen Awards, включая сроки подачи заявок и объявления.