Vantablack:何处为世界最黑材料的用武之地?

材料牛注:地球上的“黑洞”终于现身,这个超乎想象的新材料给科学家和艺术家们带来了巨大的惊喜。美中不足的是,目前Vantablack材料仅可应用于太空中,未来我们究竟能否披上隐身披风呢?

Vantablack:何处为世界最黑材料的用武之地?

图1 两个相同的青铜铸件,其中一个涂有Vantablack材料

2014年,当世界上最黑暗的材料成为头条新闻,专家们就预测:它将用于制造隐身军用飞机、改造我们的望远镜,同时推动黑色高科技的发展新趋势。Vantablack由英国技术公司Surrey NanoSystems发明,是一种深黑色材料,可吸收99.96%的光。

用它涂覆三维实体,可在视觉上将物体变成平的、肉眼观察不到任何形状的黑“洞”。根据Surrey NanoSystems首席技术官Ben Jensen的说法,经过早期的大肆宣扬,Vantablack在现实中真正得到应用时已是它首次发布的三年后。

他表示,该公司目前正在努力实现Vantablack的一系列应用,这些应用大多数是可预见的,虽然尚未涉及黑色隐身喷气机。“Vantablack的潜在应用正在被不断开发,简单来说我们每天都能开发出一些新应用,其中一些还是相当大规模的应用。”他说,“Vantablack的市场正在不断扩大,对我们来说,最大的挑战在于如何将其生产规模进一步扩大,从而尽快满足这种需求。”

Vantablack:何处为世界最黑材料的用武之地?

图2 将Vantablack涂覆到一片铝箔上

纳米管森林

从“催化剂颗粒”(颗粒尺寸小于等于1-2纳米)开始建立Vantablack涂层,在用气体饱和后,使其生长成碳纳米管,每平方厘米的涂层约有十亿纳米管。

间隔均匀的纳米管结构,不会分离太远、也不会太密集,它允许光子进入纳米管之间的空隙,并被纳米管所吸收,就犹如光落在大树林里的树干上并被其吸收。其中涂层反射光的一小部分来自撞击纳米管最顶部的光子。

Jensen先生说:“涂层本身看起来毫不显眼,如果不把它与其他黑色材料对比,单独在一个平面上看它,它看起来就像普通的黑色天鹅绒表面。”但当将它与其他黑色表面并排放置时,它们看起来便为灰色。将它应用于3D对象时,它们几乎消失在一个无形的二维轮廓中。

“如果你在一个3D对象上看到它,例如有褶皱的箔片,涂层面看起来仍像一个黑色的二维平面,只有当你把它翻转起来,你才能意识到它有很多维度,并发现它多么的与众不同,”Jensen先生说。

Vantablack是由具有超过99%空旷空间的精细碳纳米管制成的,因此触摸Vantablack将会损害涂层的效果。如果将它放置在不受干扰的地方——比如仪器内部,在这个空间里,它将会像一个黑洞,吸收任何照射向它的光。

空间中的Vantablack

由于具有吸光特性,Vantablack可以应用于改进现存的空间技术,以防不利的反射光干扰星体跟踪定位器、望远镜等仪器。2015年12月这种超级黑色涂层首次亮相于欧洲的微型卫星上。

Jensen先生说,在卫星的星体跟踪定位器中使用的这种涂层提高了卫星的监测能力——卫星通过吸收进入传感器的杂散光来监测其相对于星星的位置,没有了该涂层仪器的精度将受到影响。“人们总是认为太空是真正黑暗的,但实际上它明亮得令人难以置信,因为太阳就像一个巨大的弧光灯,地球和月亮产生反射光,相比之下其他星星就显得相当昏暗了,”他说。

“这种材料可帮助星体跟踪定位器提高性能,同时降低卫星的质量。”Surrey Nano Systems目前正在尝试Vantablack的另一空间应用——用Vantablack涂覆地球观测卫星的基板,在卫星摄像机拍照前对其进行校准。

Vantablack还可应用于红外传感器,这一应用随后已被美国红外仪器制造商收购。Jensen先生说,这种涂层将有助于提高红外成像系统的信噪比,从而消防队员能用其来检测火灾发生地区、火灾区域中人体的热信号。

“他们在受灾区域中寻找生命体,并希望获得尽可能精确的信号,这种材料有助于提高成像系统的性能,”他说。当然,Vantablack的应用并非仅受科学界的关注,它的审美特性也极具吸引力。英国-印度艺术家Anish Kapoor独占了它的个人使用权,该行为受到了其他想应用Vantablack特性的艺术家的指责。

Kapoor与奢侈手表生产商MCT合作,使用这种材料制作一款限量版手表,在其后拨盘和分针上分别使用Vantablack材料。

Vantablack:何处为世界最黑材料的用武之地?

图3 美国航空航天局科学家在开发一种可用碳纳米管涂覆的日冕仪

NASA正着力于研究超级黑色材料

NASA已经开发了超级黑色材料约十年,2014年它推出了自己的碳纳米管涂层(可吸收大约99.9%的光)并进入国际空间站进行测试。John Hagopian是一个光学工程师,自NASA开始超黑材料研究以来一直参与该研究,他表示,航天飞行已表明,若应用于仪器内部,该材料便可长期使用于太空中。

Hagopian先生认为超级黑色材料在日冕仪中有光明的未来。“它有很多应用,你可以将它用于挡板、卫星控制器及超导探测器的吸收器中,”他说。将这些设备连接到望远镜和阻挡星光的设备,可更为清晰地看清附近的物体如外行星等。

“倘若你正在观察一个非常昏暗的物体,如一个遥远恒星周围的行星,此时采用日冕仪——它能阻挡星光的眩光,你便可以看清附近行星的大气信号,”他说,“迄今为止,从未有人做出这样的日冕仪,但我们正在努力完成这样的过程,这样的日冕仪确实有广阔的应用前景。”

Vantablack:何处为世界最黑材料的用武之地?

图4 在空间站中进行NASA超级黑色材料的有效载荷试验,其中左侧为Vantablack材料

尽管该材料未来可应用于太空中,但Hagopian先生认为碳纳米管性质使得涂层不可能应用于许多日常产品。“要想使Vantablack用于暴露在常规环境下的制品并可被触摸,我认为这个想法不太实际,”他说。

Jensen先生预测Vantablack在汽车行业将有更广阔的发展空间,其中涂层可用于防止光干扰自驾车的传感器。他说:“如果你在低阳光环境下驾驶,该环境会让视觉系统失明,使你进入不安全状态。在这种情况下,若你能用这些技术保护和改善视觉系统并抑制其中的杂散光,确实是受益良多。”

原文链接:Vantablack: It’s blacker than black, but where is the world’s darkest material being used?

本文由编辑部月亮提供素材,李妹编译,丁琬芝审核,点我加入材料人编辑部

本文来自材料牛,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

(0)
石墨烯网石墨烯网
上一篇 2017年1月26日
下一篇 2017年1月29日

相关推荐

发表回复

登录后才能评论
客服

电话:134 0537 7819
邮箱:87760537@qq.com

返回顶部