Самый черный материал

Направьте луч света на какую-нибудь вещь: на ее поверхности вы увидите световое пятно. Направьте луч света на материал под названием Vantablack (Вантаблэк) – и вы ничего не увидите.

Vantablack – революционный материал, представленный учеными из британской компании Surrey Nanosystems. Он обладает коэффициентом поглощения света в 99,965%. Это означает, что всего лишь 0,035% подающих на поверхность фотонов будут отражаться обратно.

В основе материала лежат структуры из углерода – огромное количество нанотрубок, которые насаживаются на алюминиевую поверхность. Падающие на поверхность материала фотоны «теряются» между нанотрубками и не отражаются обратно. Углеродные нанотрубки изготавливаются при температуре в 430 С°, и на одном квадратном сантиметре материала находится несколько миллиардов углеродных структур.

Схематическое изображение углеродной нанотрубки

Диаметр каждой трубки в 3500 раз тоньше диаметра человеческого волоса. Стоимость создания высокотехнологичного материала не раскрывается.

Материал под микроскопом

Но Vantablack, удививший мир в 2014 году, не является самым черным материалом в мире. Его опередил недавно представленный материал Vantacblack 2. Правда, узнать, насколько именно, вторая версия материала опережает первую в способности поглощать свет невозможно, так как современные приборы просто не обладают достаточной чувствительностью, чтобы зафиксировать отражение света – настолько оно мало. Можно сказать, что коэффициент отражения Vantablack 2 стремится к нулю.

К сожалению, ученые не раскрывают всех подробностей по изготовлению самого черного материала в мире – из-за своей способности поглощать электромагнитное излучение в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазоне данная технология рассматривается военными в качестве маскировки для военной техники, поэтому на разглашение подробных спецификаций наложен строгий запрет.

Помимо прочего, Vantablack обладает чрезвычайно высокой гидрофобностью

Особый интерес представляет то, как Vantablack воспринимается человеческим глазом. Мы видим такой материал не как трехмерный объект, а как некий двумерный провал в пространстве, «черную дыру», тьму.

Черный круг в руках ученого — не творение графического редактора, а реальный материал

Если рассматривать фотографии с человеком, держащим в руках Vantablack, то кажется, будто какой-то шутник залил определенную область картинки абсолютно черной краской – просто не укладывается в голове, что материал может быть настолько темным.

Даже если смять Vantablack, то мы не увидим появившиеся на нем складки и неровности – он продолжит оставаться для наших глаз абсолютно черным.

Темнее черного: Vantablack — материал будущего

Ученые нашли способ заглянуть в самое сердце тьмы. А если без шуток, темное нечто на представленных в этом тексте изображениях не является порталом в другое измерение, но в то же время и не является «фотошопом». Это реальные физические объекты, которые были покрыты Vantablack – самым темным материалом из известных науке.

Если вы не в курсе, Vantablack был создан британскими исследователями еще в 2014 году и вскоре после этого был объявлен самым темным из когда-либо создавшихся в лабораториях материалом, способным поглощать 99,96 процента видимого, ультрафиолетового и инфракрасного света.

После серии экспериментов с этим материалом компанией Surrey NanoSystems, которая, к слову, его и создала, в начале 2016 года было объявлено, что в мире нет ни одного спектрометра, который обладал бы достаточной мощностью для измерения того, сколько на самом деле этот материал может поглощать света.

«Даже при направленном на него луче высокомощного лазера этот материал практически ничего не отражает. До этого мы не создавали настолько «темный» материал, поэтому у нас просто нет подходящих спектрометров, которые могли бы с максимальной точностью показать уровень отражения в инфракрасном диапазоне», — говорят создатели Vantablack.

Материал решили сделать более практичным, поэтому исследователи создали «спрей-версию» Vantablack, которая, конечно, получилась не такой темной – материал на основе спрея поглощает «только» 99,8 процента ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, — но вполне способна визуально делать трехмерные объекты похожими на двухмерные.

Просто посмотрите на изображение ниже и убедитесь сами:

Так как же эта штука работает?

В своей основе оригинальный материал Vantablack не является краской, красителем или тканью. Это специальное покрытие, созданное на базе миллионов углеродных нанотрубок диаметром около 20 нанометров (примерно в 3500 раз меньше диаметра человеческого волоса) и длиной от 14 до 50 микрон (1 нанометр равен 0,001 микрона). Другими словами, поверхность площадью 1 квадратный сантиметр может содержать около 1 миллиарда этих крошечных нанотрубок. Когда свет попадает на поверхность, покрытую Vantablack, фотоны заполняют промежутки между нанотрубками и фактически остаются взаперти, начиная просто отскакивать от молекул материала внутри.

«Практически полное отсутствие рефлекторной способности позволяет создать практически идеальную черную поверхность», — говорят исследователи.

«Для понимания этого эффекта попробуйте представить себя идущим по лесу, высота деревьев которого составляет около 3-х километров вместо обычных 10-20 метров. Легко представить, насколько мало света сможет вас достигнуть».

Материал Vantablack настолько темный, что человеческий глаз практически неспособен его воспринимать, так как нашему мозгу требуется наличие отражающегося света, чтобы можно было понимать, что находится прямо перед нашими глазами. Создатели материала заявляют, что люди, смотрящие на материал, испытывают некоторую степень замешательства, а некоторые вообще говорят, что при просмотре на Vantablack видят не физический объект, а скорее какую-то бездонную черную дыру.

Спрей-версия материала называется Vantablack S-VIS и позволяет использовать материал на более широком наборе различных поверхностей. Одна из потенциальных сфер применения — создание настоящих самолетов-невидимок.

А вот так выглядит трехмерная маска с распыленным на нее Vantablack. Нашему мозгу может показаться, что маску просто вырезали тем же «фотошопом».

А вот фотография сферического объекта, покрытого Vantablack S-VIS.

Если у вас уже зачесались руки раздобыть такую штуку себе, спешим огорчить. В свободном доступе этот материал достать не получится. Поэтому покраска вашего автомобиля отменяется. Однако если вы являетесь сотрудником какого-нибудь крупного университета или музея, то, возможно, вам и удастся выпросить образец.

Vantablack

Vantablack на алюминиевой фольге

Vantablack (; от англ. vertically aligned nanotube arrays «вертикально ориентированные массивы нанотрубок» + black «чёрный») — субстанция из углеродных нанотрубок. Является самым чёрным из известных веществ. Поглощает 99,965 % падающего на него излучения: видимого света, микроволн и радиоволн (для сравнения: самый чёрный уголь поглощает 96 % света). Состоит из насаждения вертикальных нанотрубок, которые «растут» на алюминиевой фольге; фотоны, попадая на Vantablack, теряются между этими нанотрубками и, практически не отражаясь обратно, превращаются в тепло. Впервые это вещество было представлено учёными Национальной физической лаборатории Великобритании и Surrey NanoSystems на авиасалоне Фарнборо в июле 2014 года.

У полученного вещества есть много потенциальных применений: например, предотвращение рассеивания света в телескопах, улучшение инфракрасных камер, работающих на Земле и в космосе, может применяться в системах тепловой защиты и в качестве покрытия миниатюрных узлов и элементов различных микроэлектромеханических устройств. Поглощение этим объектом излучений открывает возможность создания лёгких и прочных покрытий, защищающих человека и космические корабли от сильной радиации. Также возможно его применение для увеличения поглощения тепла в материалах, используемых в технологиях по концентрации солнечной энергии, а в военной сфере Vantablack можно использовать при создании «температурного камуфляжа», например, для воздушных судов. Впрочем, 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».

Интересна реакция человеческого глаза на Vantablack: благодаря почти полному отсутствию отражённого света, человек воспринимает это не как некий очень чёрный предмет, а как ничто, как провал в бездну, в чёрную дыру, как двумерную черноту. Свой интерес к Vantablack высказал известный скульптор Аниш Капур, который заявил, что это вещество будет очень эффектно в роли краски, например, для изображения бездонного космоса.

В 2014 году первые покупатели аэрокосмической и оборонной отраслей уже получили свои заказы Vantablack.

> См. также

  • Абсолютно чёрное тело

Примечания

  1. 1 2 3 Себастиан Энтони. It’s like staring «into a black hole»: World’s darkest material will be used to make very stealthy aircraft, better telescopes (англ.) на сайте extremetech.com, 14 июля 2014
  2. 1 2 3 Vantablack, the world’s darkest material, is unveiled by UK firm (англ.) на сайте scmp.com, 15 июля 2014
  3. 1 2 Vantablack: U.K. Firm Shows Off «World’s Darkest Material» (англ.) на сайте nbcnews.com
  4. 1 2 Айан Джонстон. Blackest is the new black: Scientists develop a material so dark that you can’t see it… (англ.) на сайте independent.co.uk, 13 июля 2014
  5. 1 2 British breakthrough in worlds darkest material launched at Farnborough International (англ.) на сайте surreynanosystems.com
  6. Жаклин Говард. This May Be The World’s Darkest Material Yet (англ.) на сайте huffingtonpost.com,14 июля 2014
  7. Vantablack — самый чёрный материал в мире на сегодняшний день (рус.) на сайте dailytechinfo.org, 15 июля 2014
  8. Сергей Грэй. Разработан настолько чёрный материал, что человек не способен его увидеть (рус.) на сайте hi-news.ru, 14 июля 2014
  9. Теро Куиттинен. Scientists have developed a black so deep it makes 3D objects look flat (англ.) на сайте ca.news.yahoo.com, 14 июля 2014
  10. How black can black be? (англ.) на сайте bbc.com, 23 сентября 2014

> Ссылки

masterok

Вот еще один участник нашего раздела САМЫХ САМЫХ.

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 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.

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.

О самом чёрном материале из всех когда-либо существующих на Земле люди узнали 2 года назад, когда компания Surrey NanoSystems объявила о его создании.

Попытки создать абсолютно чёрный материал предпринимались неоднократно. В 2008 году был представлен материал, отражающий всего 0,045% волн светового спектра. Но показатели светоотражения нового материала оказались более впечатляющими – всего 0,036%.

Характеристики Vantablack

Новый материал получил название Vantablack, в котором отражается его структура и состав. Он состоит из миллиардов вертикально расположенных углеродных нанотрубок, выращенных на основе из алюминиевой фольги в специальной камере, поддерживающей температуру 430°С. Каждая нанотрубка в 400-500 раз тоньше диаметра человеческого волоса и помещается их на 1 кв.см материала согласно оценкам специалистов около 1 миллиарда.

Новую версию этого материала учёные представили в текущем году, которую назвали Vantablack 2. О коэффициенте его светоотражения говорят пока приблизительно ввиду недостаточной для этого точности существующих в настоящее время измерительных приборов. Нулю он не может быть равен, однако очень к тому близок.

Специалисты представили презентационный ролик, в котором наглядно продемонстрированы оптические свойства субстанции, благодаря которым зрительно она не воспринимается как плотный физический объект. Материальный объект с необычным покрытием создаёт иллюзию абсолютной бездонной пустоты – чёрной дыры. Пятно света, перемещающееся по поверхности, попадая в область чёрного физического тела, пропадает из поля зрения. Учёные объясняют этот эффект рассеиванием фотонов между бесчисленными нанатрубками, Отражаясь бесчисленное количество раз, частицы света постепенно поглощаются элементами структуры материального образования.

Кроме видимого светового спектра, также поглощаются волны:

  • инфракрасные;
  • ультрафиолетовые;
  • электромагнитные в любых диапазонах.

Кроме потрясающей способности поглощать энергию Vantablack 2 обладает и другими уникальными особенностями.

  • Экстремальной гидрофобностью и способностью держаться на поверхности воды, что учёные объясняют крайне низкой энергией поверхности.
  • Невероятной прочностью, превосходя по данному показателю в 10 раз сталь.
  • Показателем теплопроводности, который выше, чем у меди в 7,5 раз.
  • Повышенная устойчивость к воздействиям низких и высоких температур.

Потенциальные сферы применения

Vantablack 2 рассматривается как перспективный материал во множестве отраслей.

  • Военная. Непревзойдённые «маскировочные» свойства Vantablack – просто находка для военных. Защитные экраны, изготовленные по новой технологии, надёжно скроют от глаз противника любые виды техники. Пока учёные стараются не озвучивать возможности использования супер чёрного материала в военных целях, ограничиваясь сведениями о его высокой стоимости.
  • Наука и техника. Специфические свойства материала могут обеспечить ему применение при изготовлении высокоточных оптических приборов, предназначенных для работы как на Земле, так и в космосе. Предполагается, что он поможет усовершенствовать телескопы для наблюдений за дальними космическими объектами: звёздами и чёрными дырами. Материал может служить в качестве покрытия толщиной в доли микрона для сверхчувствительных элементов микроскопических электронных и электромеханических устройств.
  • Потребительская сфера. Дизайнеры предрекают моду на одежду и ювелирные изделия с покрытием из абсолютно чёрного материала. Каковы будут его потребительские свойства, ещё предстоит выяснить. Но выглядеть такие товары будут весьма необычно и стоить на первых порах невероятно дорого.
  • Искусство. Проявили интерес к новому материалу художники и скульпторы. Первым скульптором, получившим права на использование в своих творениях Vantablack, стал Аниш Капур. Возможно, мы стоим на пороге создания принципиально нового интересного направления в искусстве.