Bahan Hitam • Anastasia Stebalina • Gambar Saintifik pada Hari "Elemen" • Sains Bahan

Bahan paling gelap

Ini segi enam gelap gelap adalah contoh bahan Vantablack, bahan buatan manusia yang paling hitam setakat ini. Vantablack menyerap 99% cahaya pada panjang gelombang dalam julat dari 2.5 μm hingga 15 μm, dan dalam yang kelihatan ia mencapai 99.965% (untuk perbandingan, arang batu hitam menyerap kira-kira 96% cahaya). Tegasnya, kegelapan yang kita lihat dalam foto ini tidak boleh dipanggil warna – sebaliknya, ia adalah ketiadaan lengkap.

Pada mulanya, Vantablack direka untuk keperluan ruang. Bahan ini terbukti dengan baik dari segi kekuatan: kejutan dan getaran, sama seperti yang terjadi, contohnya, apabila melancarkan kapal angkasa, tidak mempengaruhi struktur bahan. Ia adalah lebih mengejutkan bahawa tekanan yang sedikit mampu memecahkan struktur ini: jika anda hanya menyentuh permukaan Vantablack dengan jari anda, tiub karbon akan "bermula", dan bahan tersebut akan kehilangan sebahagian besar sifatnya. Walau bagaimanapun, senarai aplikasi bahan ini sentiasa berkembang: ia membantu meningkatkan teleskop (contohnya, dengan menyerap cahaya bertaburan di dalam tiub mereka) dan peranti optik dan inframerah yang lain, tumbuh-tumbuhan tenaga solar, digunakan dalam panggung wayang dan reka bentuk.

Bahan ini mempunyai ciri-ciri luar biasa yang lain, salah satunya dapat dilihat dengan jelas pada gambar hari ini: ia boleh "dimakan" dimensi ruang. Dalam foto, heksagon kelihatannya rata. Malah, Vantablack ditanam pada kerajang aluminium dengan penyelewengan dan lipatan. Dalam video itu kelihatan jelas:

Bagaimana ia berfungsi? Dari nama (VANTA – NanoTube Arrays Berturut-turut) ia mengikuti bahawa bahan tersebut terdiri daripada nanotube karbon berorientasikan vertikal. Apabila cahaya jatuh pada permukaan Vantablack, ia hampir tidak mencerminkan daripadanya, kerana ketebalan nanotubes (kira-kira 20 nm) lebih kurang daripada panjang gelombang julat optik (yang bermula dari 380 nm). Kebanyakan cahaya berlalu antara nanotube di dalam bahan, di mana foton, yang berulang kali dilihat dari dinding, hilang dalam "hutan" nanotube dan akhirnya diserap. Pada masa yang sama, tenaga cahaya tidak hilang di mana-mana – ia akan memanaskan bahan. Oleh itu, Vantablack harus dipanaskan dengan cepat dan kuat. Tetapi di sini, satu lagi harta berharga dari bahan ini menjadikan dirinya dirasakan: nanotubes menegak rapat dengan sempurna menghilangkan haba sepanjang panjangnya.

Bahan Vantablack di bawah mikroskop: "hutan" nanotube karbon (tinggi 15-50 mikron) pada substrat aluminium. Foto dari 2020science.org

Bahan semacam itu tidak boleh wujud "dengan sendirinya". Teknologi pembuatan termasuk pemendapan sebatian karbon pada substrat yang padat. Ia mudah untuk menggunakan substrat aluminium, tetapi pada mulanya nanotube karbon disimpan pada suhu tinggi (kira-kira 750 ° C) melebihi titik lebur aluminium (660 ° C). Oleh kerana itu, silikon terpaksa digunakan untuk substrat. Walau bagaimanapun, silikon terlalu rapuh untuk misi ruang angkasa, jadi ia telah memutuskan untuk meningkatkan teknologi untuk membuat Vantablack, sehingga nanotube dapat ditanam pada aluminium yang lebih ringan dan lebih tahan lama.

Untuk ini, penyelidik memerlukan beberapa penyelesaian teknikal yang tidak penting. Sampel substrat dibuat daripada aloi aluminium 6061-T6, kemudian dibersihkan secara kimia, dan mereka dilapisi oleh pemendapan elektroakustik, yang meningkatkan pelekatan filem VANTA ke substrat. Seterusnya, pemangkin telah didepositkan direka untuk menyerap tenaga inframerah dari sumber radiasi dan memastikan lekatan nanotube karbon yang boleh dipercayai ke substrat. Setelah pemendapan pemangkin, sampel diproses pada peringkat pengaktifan dalam suasana yang berkurang pada suhu 450 ° C.Kemudian sampel dipindahkan ke reaktor untuk pemendapan plasma-kimia fototerik dari fasa gas. Proses ini memberikan pemanasan menurun ke bawah permukaan katalis sampel, sambil mengekalkan sebahagian besar substrat pada suhu yang jauh lebih rendah dengan menyejukkannya dengan plat asas. Pertumbuhan nanotube karbon dimulakan di bawah tekanan dikurangkan menggunakan asetilena sebagai sumber karbon dalam gas pembawa campuran pada suhu 425 ° C.

Terima kasih kepada teknologi ini, penanaman nanotube karbon pada bahan lain telah menjadi mungkin: kobalt, tembaga, molibdenum, nilam, titanium, kuarza dan keluli tahan karat. Dan baru-baru ini, lapisan Vantablack S-VIS telah dikembangkan, yang dapat diterapkan pada berbagai permukaan sebagai semburan konvensional (hampir).

Foto dari surreynanosystems.com.

Anastasia Stebalina


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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