原本想設計電熱性能更高的奈米碳管,科學家意外製造出史上最黑材料

作者 | 發布日期 2019 年 09 月 17 日 14:11 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


打破紀錄的黑!麻省理工學院科學家發現了史上最黑的新材料,光線吸收率高達 99.995%,他們還將這種材料塗在一顆價值 200 萬美元的鑽石上參展,象徵對金錢的貪婪深不見底。未來,新材料則有很大潛力應用在太空望遠鏡上,有機會幫助望遠鏡更容易發現系外行星。

2014 年首次亮相的奈米碳管黑體(Vantablack)是過去已知最黑的物質,能夠吸收高達 99.965% 的可見光波段電磁輻射,也就是說,光線射入奈米碳管黑體後幾乎不會反射出去,而是被侷限在管壁之中不斷偏折,直到最後轉換成熱能。

然而記錄永遠是被拿來超越的存在。現在,麻省理工大學團隊設計出比奈米碳管黑體還要更黑的新材料,能吸收高達 99.995% 入射光;更神奇的是,研究人員原意完全不是製造這種新材料,而只是試驗如何在導電材料鋁箔片上生長奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT),以提高其電熱性能,沒想到意外做出史上最黑的材料。

當麻省理工學院航空太空學教授 Brian Wardle 試圖在鋁箔片上生長奈米碳管時,他遇到了一個阻礙:當鋁暴露在空氣中時會形成一層氧化物變成絕緣體,降低導電和熱性能。為了去除氧化層,Brian Wardle 找到一種氯化鈉溶液,將鋁箔浸泡在鹽水中,利用氯離子來蠶食、溶解鋁表面的氧化層。

▲鍍上奈米碳管黑體的鋁箔(圖片來源:維基百科

最後,研究人員成功在鋁箔上生長出奈米碳管,同時材料的熱性能和電性能顯著提升,符合研究預期。然而令團隊驚訝的是材料顏色──在生長奈米碳管之前已經很黑了,沒想到生長奈米碳管之後看起來更黑。

研究人員想,也許他們應該測量看看樣品的光學反射率。不測則已,一測驚為天人,研究人員測量了各種角度的光學反射率,發現該材料至少吸收了 99.995% 的入射光,反射的光線量比備受讚譽的奈米碳管黑體還要少 10 倍。

科學家並不確定新材料如此之黑的背後機制,初步懷疑可能是鋁蝕刻後以某種方式與奈米碳管結合,使後者排列起來就像一個模糊的小森林,還需要後續更多研究確認相關機制。

這種超黑材料能應用在太空領域中,比如開發減少眩光的遮光罩,以幫助太空望遠鏡更容易發現系外行星。新論文發表在《ACS-Applied Materials and Interfaces》期刊。

如果你想親眼目睹這種超黑材料究竟有多黑,紐約當地正在展出一個名為「The Redemption of Vanity」的藝術展,麻省理工學院的科學家們在一顆價值 200 萬美元的鑽石外,抹上這種超黑材料塗層(下圖右),很好地譬喻了資本主義與貪婪有如深不可測的無底洞。

(首圖來源:麻省理工學院

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