Najčiernejší materiál • Anastasia Stebalina • Vedecký obraz dňa o "prvkoch" • Materiálová veda

Najčernejší materiál

Tento tmavo-tmavý šesťuholník je vzorom materiálu Vantablack, ktorý je najčernejším umelým materiálom. Vantablack absorbuje 99% svetla pri vlnových dĺžkach v rozmedzí od 2,5 μm do 15 μm a vo viditeľnom stave 99,965% (na porovnanie černé uhlie absorbuje asi 96% svetla). Presne povedané, čierna farba, ktorú vidíme na tejto fotografii, nemôže byť dokonca nazývaná farbou – skôr je to jej úplná absencia.

Spočiatku bol Vantablack navrhnutý pre potreby vesmíru. Materiál je dobre preukázaný z hľadiska pevnosti: šoky a vibrácie podobné tým, ktoré sa vyskytujú napríklad pri spustení kozmickej lode, neovplyvňujú štruktúru materiálu. Je o to prekvapujúce, že ten najmenší tlak dokáže prelomiť túto štruktúru: keď sa dotýkajú povrchu Vantablaku prstom, uhlíkové rúrky "začnú" a materiál stratí významnú časť svojich vlastností. Napriek tomu sa zoznam aplikácií tohto materiálu neustále zvyšuje: pomáha zlepšovať ďalekohľady (napríklad absorpciou rozptýleného svetla vo svojich rúrach) a iných optických a infračervených zariadení, solárnych elektrární, používa sa v kine a dizajne.

Materiál má ďalšie úžasné vlastnosti, z ktorých jeden je jasne viditeľný v dnešnom obrázku dňa: môže "zožrať" priestorovú dimenziu. Na fotografii sa šesťuholník zdá byť plochý. Vantablack je v skutočnosti vysadený na hliníkovej fólii s nepravidelnosťou a záhybmi. Vo videu je jasne viditeľné:

Ako to všetko funguje? Z názvu (VANTA – vertikálne zoradené sústavy NanoTube) vyplýva, že materiál pozostáva z vertikálne orientovaných uhlíkových nanotrubičiek. Keď svetlo padá na povrch Vantablacku, takmer sa neodráža od neho, pretože hrúbka nanorúr (asi 20 nm) je oveľa menšia ako vlnové dĺžky optického rozsahu (začínajúce od 380 nm). Väčšina svetla prechádza medzi nanotrubkami vo vnútri materiálu, kde sa fotóny, ktoré sa opakovane odrážajú zo stien, strácajú v "lese" nanorúr a sú nakoniec absorbované. Súčasne svetelná energia nikde nezmizne – ide o ohrev materiálu. Preto sa Vantablack musí zahriať veľmi rýchlo a silno. Ale tu sa cíti ďalšia cenná vlastnosť tohto materiálu: tesne zabalené vertikálne nanotrubičky dokonale rozptýlia teplo pozdĺž svojej dĺžky.

Vantablack pod mikroskopom: "les" z uhlíkových nanotrubiek (15 až 50 mikrónov) na hliníkovom podklade. Fotky zo stránok 2020science.org

Taký materiál nemôže existovať "sám". Výrobná technológia zahŕňa ukladanie zlúčenín uhlíka na pevnom substráte. Bolo by vhodné použiť hliníkové substráty, ale nanočastice uhlíka sa naniesli pri vysokých teplotách (asi 750 ° C), ktoré presahovali teplotu topenia hliníka (660 ° C). Z tohto dôvodu sa pre substrát musel použiť kremík. Kremík je však na kozmické misie príliš krehký, preto bolo rozhodnuté zlepšiť technológiu na vytvorenie Vantablacku, aby nanoruby mohli byť pestované na ľahšom a trvanlivejším hliníku.

Na to výskumníci potrebovali niekoľko netriviálnych technických riešení. Vzorky substrátu boli vyrobené z hliníkovej zliatiny 6061-T6, potom boli chemicky čistené a pokryté elektroakustickým ukladaním, ktoré zlepšuje priľnavosť fólie VANTA k substrátu. Ďalej sa naniesol katalyzátor navrhnutý tak, aby absorboval infračervenú energiu zo zdroja žiarenia a zabezpečil spoľahlivú priľnavosť uhlíkových nanotrubičiek k substrátu. Po usadení katalyzátora boli vzorky spracované v štádiu aktivácie v redukčnej atmosfére pri teplote 450 ° CPotom boli vzorky prenesené do reaktora na fototermické plazmové chemické ukladanie z plynnej fázy. Tento proces umožňuje rýchle vyhrievanie katalyzovaného povrchu vzorky rýchlo smerom dole, pričom sa zachováva objem substrátu pri oveľa nižšej teplote tým, že sa ochladí základnou doskou. Rast uhlíkových nanotrubičiek bol iniciovaný za zníženého tlaku za použitia acetylénu ako zdroja uhlíka v zmesnom nosnom plyne pri teplote 425 ° C

Vďaka tejto technológii je možné zakladanie uhlíkových nanotrubičiek na iných materiáloch: kobalt, meď, molybdén, zafír, titán, kremeň a nehrdzavejúca oceľ. A nedávno sa vyvinul náter Vantablack S-VIS, ktorý sa môže aplikovať na rôzne povrchy ako (takmer) bežný sprej.

Fotografie od surreynanosystems.com.

Anastasia Stebalina


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: