Самый черный материал в мире April 7th, 2018

Вот еще один участник нашего раздела .

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 …

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 V ertically A ligned N anoT ube A rrays (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.

Команда ученых из Великобритании порадовала новым научным открытием, представив широкой публике новейший вид материи. До недавнего времени такая разновидность черного оттенка никому не была известна.

Обнаруженное вещество носит название vantablack и, по мнению британских первооткрывателей, может раз и навсегда поменять представление людей о Вселенной.

Самый черный материал поглощает 99,965% видимого света, микроволн и радиоволн

Ультрачерный материал имеет способность успешно поглощать 99, 96% света, причем в данном случае речь идет, только об излучении, различимом для человеческого взгляда. Исследованиями оригинального научного феномена занялись ученые из Великобритании под руководством Бена Дженсона.

По словам одного из исследователей, материал составлен из совокупности углеродных нанотрубок. Такое явление можно уверенно сравнить с человеческим волосом, рассеченным на 8-10 тысяч слоев – один такой слой представляет собой размеры углеродной нанотрубки. Общий состав можно представить в виде заросшего травой поля, где попавшая частица света начинает уверенно отскакивать от одной травинки к другой. Эти своеобразные «травинки» максимально поглощают световые частицы, отражая лишь малую световую долю.

Секрет Vantablack - вертикально ориентированные нанотрубки

Технологию создания такого рода трубок нельзя назвать новаторской, однако, Бену Дженсону и его соратникам только сейчас удалось найти достойные способы ее применения. Ими был изобретен способ соединения углеродных нанотрубок с материалами, используемыми в современных телескопах и спутниках. Примером такого материала можно назвать алюминиевую фольгу. Данный факт означает, что фотоснимки Земного шара и Вселенной из космоса вполне можно будет сделать более четкими.

«Присутствие рассеянного света внутри телескопа способствует увеличению шумов, в результате чего резких снимков не получается, - поясняет Бен Дженсон. – Используя новые материалы для покрытия внутренних перегородок телескопа, а также пластин диафрагмы, рассеянный свет уменьшается, и изображение получается гораздо четче».

Если учитывать законы физики, создание материала, который поглощает 100% света, практически невозможно. Уже только поэтому изобретение Дженсона сегодня можно назвать прорывом на грани фантастики.

Новой разновидностью материала уже заинтересовались американские военные. Ведь его можно применять в «Стеллс»-технологиях, чтобы снижать заметность самолетов для радаров или создавать фотографии во время специальных разведывательных миссий. Кроме того, ученые уверены, что со временем откроются еще больше возможностей для использования vantablack.

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, . 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 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.

Инженеры-физики из британской компании Surrey Nanosystems разработали 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.

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.

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.

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 материала Vantablack® 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.