比之前任何材料黑10倍,中美教授开发新材料,可吸收99.995%的光

原标题:比之前任何材料黑10倍,中美教授开发新材料,可吸收99.995%的光

世界上最黑的材料是什么?3年前媒体曾进行报道说,科学家开发出一种名为梵塔黑(Vantablack)的材料升级版,这种材料可以吸收99.96%的入射光线。任何物体上覆盖这种涂层,你眼前看到的就是黑洞。然而这并不是最黑的极限,麻省理工学院的教授和上海交通大学的教授共同开发出了一种新材料,比之前报道过的任何材料都要黑10倍。

有关这个最黑的材料的展览,即将于2019年9月13日至11月25日在纽约证券交易所展厅展出。这件作品是一颗16.78克拉的天然黄色钻石,它深埋在地下,在完全的黑暗中度过了数百万年。它具有独特的颜色和大小,这是一个难得一见的发现。

现在钻石将重温它的黑暗之旅,因为它被最黑暗的材料覆盖。这颗价值200万美元的钻石, 涂层采用一种最新的方法生成碳纳米管,经科学家测量,确认它为迄今为止最黑的黑色。钻石通常呈现为明亮的切面效果,这颗昂贵的钻石在展柜中,却似乎消失在一个看不见的空间中。它似乎在提醒我们,一些珍贵而美丽的东西,即使在黑暗中也可以永存。

麻省理工学院的官网近日报道了这种新的最黑材料。该材料是由垂直排列的碳纳米管(CNTs)制成的。碳纳米管是碳的微观细丝,就像一片由小树组成的茂密森林,研究小组在氯腐蚀的铝箔表面开发出了这种有史以来最黑的材料,这种铝箔至少能捕获99.995%的入射光。研究人员在《应用材料与界面》杂志上发表了他们的发现。

任何被这种碳纳米管材料覆盖的物体都失去了它所有的可塑性,看起来完全是扁平的,只剩下了黑色轮廓。与之完全相反的是一种金刚石,虽然是由相同的元素碳制成的,但它却可以反射出地球上最强烈的光。由于碳纳米管具有极高的吸光性,在这种情况下,一个大钻石涂层的碳纳米管,将会呈现为为一种缺少阴影的黑洞, 极端对立统一于主体和客体之间。

该技术所具备的独特美学特征吸引了很多艺术家的想象力,艺术家们对黑色很感兴趣,可以追溯到文艺复兴之前。通过艺术科学合作,研究人员发现这些特殊的碳纳米管比其它所有报道的材料更黑,在可见光谱范围内要高一个数量级。这种碳纳米管材料除了具有艺术表现力外,还可能具有实用价值,例如在光学眼罩中可以减少不必要的眩光,还可以帮助太空望远镜发现环绕系外行星运行的物体。

麻省理工学院航空航天教授布莱恩·沃德尔和他的团队进行了这项开发,该论文的合著者是前麻省理工学院博士后崔可航,现为上海交通大学教授。

沃德尔和崔可航最初并不打算设计一种超黑材料。相反,他们正在试验在铝等导电材料上生长碳纳米管的方法,以提高材料的电学和热学性能。但是当科学家试图在铝上生长碳纳米管时,却遇到了一个麻烦,当铝暴露在空气中时,一层永远存在的氧化物会覆盖铝,这种材料会被用作绝缘体,不能改善导电和加热性能,反而还会阻碍性能。 当他开始寻找去除铝氧化层的方法时,发现了一种盐或氯化钠溶液的解决方法。

当时沃尔德教授的研究小组正在使用盐和其他例如小苏打和洗涤剂等食品储藏室产品进行种植碳纳米管。 在他们用盐测试时,崔可航教授发现氯离子在铝表面蚕食并溶解其氧化层。这种蚀刻工艺对许多金属来说都很常见,例如船只受到含氯海水的腐蚀。科学家于是利用了这一过程让材料开发收益。崔可航教授发现,当他把铝箔浸泡在盐水中,就可以去除氧化层。然后他将铝箔转移到一个无氧环境中,以防止再氧化,最后他将蚀刻的铝放入烤箱中,研究人员通过化学气相沉积的方法来生长碳纳米管。

通过去除氧化层,研究人员能够在铝上生长碳纳米管,其温度要比其它方案低得多,大约是100摄氏度。他们还发现,碳纳米管与铝的结合显著提高了材料的热学和电学性能 ,这是他们预期中的发现。真正让他们惊讶的是这种材料的颜色。他们注意到了在碳纳米管生长前后色泽发生了明显的变化,现在材料看起来要黑得多,于是他们好奇地测量了样品的光学反射率,进而有了这个世界上最黑的材料发现。

崔可航教授测量了材料反射的光量,不仅是从顶部直接反射,还从其他所有可能的角度反射。结果表明,该材料从各个角度吸收了至少99.995%的入射光。如果材料中含有凸起、隆起或任何特征,无论从哪个角度观察,这些特征都是看不见的,在一片黑色的虚空中很模糊。

两位教授已经为这项技术申请了专利,他们允许任何艺术家免费使用这项新的技术,进行非商业艺术项目创作。同时该材料已经引起了航空航天界的兴趣。 没有参与这项研究的天体物理学家和诺贝尔奖获得者约翰·马瑟,正在探索使用沃德尔材料作为星形阴影基础的可能性,因为一种巨大的黑色阴影可以保护太空望远镜免受杂散光的影响。

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