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    3. 比之前任何材料黑10倍,中美教授開發新材料,可吸收99.995%的光

      作者:重慶市工業設計促進中心 發布時間:2019-09-16瀏覽:0

              世界上最黑的材料是什么?3年前媒體曾進行報道說,科學家開發出一種名為梵塔黑(Vantablack)的材料升級版,這種材料可以吸收99.96%的入射光線。任何物體上覆蓋這種涂層,你眼前看到的就是黑洞。然而這并不是最黑的極限,麻省理工學院的教授和上海交通大學的教授共同開發出了一種新材料,比之前報道過的任何材料都要黑10倍。

              有關這個最黑的材料的展覽,即將于2019年9月13日至11月25日在紐約證券交易所展廳展出。這件作品是一顆16.78克拉的天然黃色鉆石,它深埋在地下,在完全的黑暗中度過了數百萬年。它具有獨特的顏色和大小,這是一個難得一見的發現。

              現在鉆石將重溫它的黑暗之旅,因為它被最黑暗的材料覆蓋。這顆價值200萬美元的鉆石, 涂層采用一種最新的方法生成碳納米管,經科學家測量,確認它為迄今為止最黑的黑色。鉆石通常呈現為明亮的切面效果,這顆昂貴的鉆石在展柜中,卻似乎消失在一個看不見的空間中。它似乎在提醒我們,一些珍貴而美麗的東西,即使在黑暗中也可以永存。

              麻省理工學院的官網近日報道了這種新的最黑材料。該材料是由垂直排列的碳納米管(CNTs)制成的。碳納米管是碳的微觀細絲,就像一片由小樹組成的茂密森林,研究小組在氯腐蝕的鋁箔表面開發出了這種有史以來最黑的材料,這種鋁箔至少能捕獲99.995%的入射光。研究人員在《應用材料與界面》雜志上發表了他們的發現。

              任何被這種碳納米管材料覆蓋的物體都失去了它所有的可塑性,看起來完全是扁平的,只剩下了黑色輪廓。與之完全相反的是一種金剛石,雖然是由相同的元素碳制成的,但它卻可以反射出地球上最強烈的光。由于碳納米管具有極高的吸光性,在這種情況下,一個大鉆石涂層的碳納米管,將會呈現為為一種缺少陰影的黑洞, 極端對立統一于主體和客體之間。

              該技術所具備的獨特美學特征吸引了很多藝術家的想象力,藝術家們對黑色很感興趣,可以追溯到文藝復興之前。通過藝術科學合作,研究人員發現這些特殊的碳納米管比其它所有報道的材料更黑,在可見光譜范圍內要高一個數量級。這種碳納米管材料除了具有藝術表現力外,還可能具有實用價值,例如在光學眼罩中可以減少不必要的眩光,還可以幫助太空望遠鏡發現環繞系外行星運行的物體。

              麻省理工學院航空航天教授布萊恩·沃德爾和他的團隊進行了這項開發,該論文的合著者是前麻省理工學院博士后崔可航,現為上海交通大學教授。

             沃德爾和崔可航最初并不打算設計一種超黑材料。相反,他們正在試驗在鋁等導電材料上生長碳納米管的方法,以提高材料的電學和熱學性能。但是當科學家試圖在鋁上生長碳納米管時,卻遇到了一個麻煩,當鋁暴露在空氣中時,一層永遠存在的氧化物會覆蓋鋁,這種材料會被用作絕緣體,不能改善導電和加熱性能,反而還會阻礙性能。 當他開始尋找去除鋁氧化層的方法時,發現了一種鹽或氯化鈉溶液的解決方法。

              當時沃爾德教授的研究小組正在使用鹽和其他例如小蘇打和洗滌劑等食品儲藏室產品進行種植碳納米管。 在他們用鹽測試時,崔可航教授發現氯離子在鋁表面蠶食并溶解其氧化層。這種蝕刻工藝對許多金屬來說都很常見,例如船只受到含氯海水的腐蝕??茖W家于是利用了這一過程讓材料開發收益。崔可航教授發現,當他把鋁箔浸泡在鹽水中,就可以去除氧化層。然后他將鋁箔轉移到一個無氧環境中,以防止再氧化,最后他將蝕刻的鋁放入烤箱中,研究人員通過化學氣相沉積的方法來生長碳納米管。

              通過去除氧化層,研究人員能夠在鋁上生長碳納米管,其溫度要比其它方案低得多,大約是100攝氏度。他們還發現,碳納米管與鋁的結合顯著提高了材料的熱學和電學性能 ,這是他們預期中的發現。真正讓他們驚訝的是這種材料的顏色。他們注意到了在碳納米管生長前后色澤發生了明顯的變化,現在材料看起來要黑得多,于是他們好奇地測量了樣品的光學反射率,進而有了這個世界上最黑的材料發現。

              崔可航教授測量了材料反射的光量,不僅是從頂部直接反射,還從其他所有可能的角度反射。結果表明,該材料從各個角度吸收了至少99.995%的入射光。如果材料中含有凸起、隆起或任何特征,無論從哪個角度觀察,這些特征都是看不見的,在一片黑色的虛空中很模糊。

             兩位教授已經為這項技術申請了專利,他們允許任何藝術家免費使用這項新的技術,進行非商業藝術項目創作。同時該材料已經引起了航空航天界的興趣。 沒有參與這項研究的天體物理學家和諾貝爾獎獲得者約翰·馬瑟,正在探索使用沃德爾材料作為星形陰影基礎的可能性,因為一種巨大的黑色陰影可以保護太空望遠鏡免受雜散光的影響。

             科學就是這么有趣,當你打算解決一個問題的時候,卻突然有了讓人驚訝的意外收獲!

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