Koji je najcrnji materijal na našem planetu? Tamnije od crnog: Vantablack - materijal budućnosti Najcrnji materijal na svijetu.

Znanstvenici su pronašli način da zavire u samo srce tame. I šalu na stranu, mračno nešto na slikama predstavljenim u ovom tekstu nije portal u drugu dimenziju, ali ujedno nije ni “Photoshop”. Ovo su stvarni fizički objekti koji su presvučeni Vantablackom, najtamnijim materijalom poznatim znanosti.

Ako niste znali, ubrzo nakon toga, najavljen je kao najtamniji materijal ikada stvoren u laboratorijima, sposoban apsorbirati 99,96 posto vidljivog, ultraljubičastog i infracrvenog svjetla.

Nakon niza eksperimenata s ovim materijalom tvrtke Surrey NanoSystems, koja ga je, usput, i stvorila, početkom 2016. godine objavljeno je da ne postoji niti jedan spektrometar na svijetu koji bi bio dovoljno snažan da izmjeri koliko ovaj materijal zapravo može apsorbirati svjetlost.

“Čak i uz lasersku zraku velike snage usmjerenu na njega, ovaj materijal ne reflektira praktički ništa. “Prije toga nismo stvorili takav “tamni” materijal, tako da jednostavno nemamo odgovarajuće spektrometre koji bi mogli pokazati razinu refleksije u infracrvenom području s maksimalnom točnošću”, kažu tvorci Vantablacka.

Odlučili su materijal učiniti praktičnijim, pa su istraživači stvorili "sprej verziju" Vantablacka, koja se, naravno, nije pokazala tako tamnom - materijal na bazi spreja apsorbira "samo" 99,8 posto ultraljubičastog, vidljivog i infracrveno svjetlo – ali je sasvim sposobno stvoriti vizualne efekte.trodimenzionalni objekti slični dvodimenzionalnima.

Samo pogledajte sliku ispod i uvjerite se sami:

Dakle, kako ova stvar radi?

U svojoj srži izvorni materijal Vantablack nije boja, boja ili tkanina. Ovaj poseban premaz, stvoren na temelju milijuna ugljikovih nanocjevčica promjera oko 20 nanometara (oko 3500 puta manje od promjera ljudske vlasi) i duljine od 14 do 50 mikrona (1 nanometar jednak je 0,001 mikrona). Drugim riječima, površina od 1 kvadratnog centimetra mogla bi sadržavati oko 1 milijardu ovih sićušnih nanocijevi. Kada svjetlost udari u površinu obloženu Vantablackom, fotoni popune praznine između nanocijevi i u biti su zarobljeni, jednostavno se odbijajući od molekula materijala koji je unutra.

"Gotovo potpuni nedostatak refleksije omogućuje stvaranje gotovo savršene crne površine", kažu istraživači.

“Da biste razumjeli ovaj učinak, pokušajte zamisliti sebe kako hodate kroz šumu u kojoj je drveće visoko oko 3 kilometra umjesto uobičajenih 10-20 metara. Lako je zamisliti koliko će malo svjetla moći doprijeti do vas.”

Vantablack materijal je toliko taman da ga ljudsko oko gotovo ne može uočiti, budući da je našim mozgovima potrebna prisutnost reflektirane svjetlosti kako bi mogli razumjeti što nam je točno pred očima. Tvorci materijala tvrde da ljudi koji gledaju materijal doživljavaju određeni stupanj zbunjenosti, a neki čak kažu da gledajući Vantablack ne vide fizički objekt, već nekakvu crnu rupu bez dna.

Verzija materijala u spreju zove se Vantablack S-VIS i omogućuje upotrebu materijala na širem rasponu razne površine. Jedna potencijalna primjena je stvaranje pravog nevidljivog zrakoplova.

A ovako izgleda 3D maska sa sprejom Vantablack. Našem se mozgu može činiti da je maska jednostavno izrezana pomoću istog "Photoshopa".

Ovdje je fotografija sferičnog predmeta premazanog Vantablack S-VIS.

Inženjeri fizike iz britanske tvrtke Surrey Nanosystems razvili su jedinstveni materijal pod nazivom Vantablack, koji se smatra najmračnijim na svijetu. Prema programerima, apsorbira gotovo svu svjetlost, osim beznačajnih 0,035%, koja se reflektira od njegove površine. Ovo zanimljivo svojstvo čini Vantablack potpuno nevidljivim, a mogu se vidjeti samo objekti oko njega.

Unatoč neravninama površine, mi ih niti ne vidimo.

Znanstveni tisak već je taj materijal nazvao umjetnim Crna rupa. Vantablack, naravno, nema tako moćnu gravitaciju kao prava mrtva zvijezda, ali sa svjetlom radi isto što i kozmičke crne rupe – upija i ne ispušta. ostalo zanimljiva značajka Novi materijal je da, iako je zakrivljen, izvana još uvijek izgleda ravno, jer su oku svi zavoji potpuno nevidljivi.

"Kada je Vantablack savijen, promatrač očekuje da će vidjeti udubljenja i bore, ali umjesto toga ono što vidi je iluzija potpuno tamne rupe u svemiru", kaže koautor studije Ben Jensen, koji je također glavni tehnološki direktor u Surrey Nanosystems.

Naziv materijala dolazi od fraze Vertical Aligned NanoTube Arrays i riječi black.

Posebna svojstva materijala ogledaju se u njegovom nazivu. Prva dva sloga Vanta su akronim za okomito poredane nizove ugljikovih nanocijevi. Znanstvenici su uzgajali ugljikove nanocijevi u laboratoriju na aluminijskoj foliji niske temperature. Na kraju budu zbijeni zajedno, dopuštajući svjetlosti da prodre, ali vrlo malo - uglavnom ultraljubičasto, infracrveno i mikrovalno - da se reflektira od ove "šume".

Ovaj super crni materijal smanjuje zalutalo svjetlo, provodi toplinu sedam i pol puta bolje od bakra i 10 je puta izdržljiviji od čelika. Stoga ima mnogo potencijalnih primjena, uključujući i "kapu nevidljivosti" za vojne instalacije koje treba sakriti.

Također se može koristiti za premazivanje unutrašnjosti vrlo osjetljivih teleskopa dizajniranih za otkrivanje mutnih i udaljenih objekata. Konačno, može se koristiti za poboljšanje produktivnosti solarni paneli i infracrveni senzori.

Prethodno su se VANTA premazi mogli nanositi samo na skupe, masovne superlegure i materijale otporne na toplinu kao što je silicij, te se stoga nisu mogli koristiti na osjetljivoj elektronici ili materijalima s relativno niskim talištem. Ono što čini Vantablack® najcrnji premaz drugačijim je to što se može sintetizirati na mnogim materijalima osjetljivim na temperaturu (kao što je aluminij) koji imaju veliki značaj za zemaljske, zračne i svemirske primjene. Nanostrukturirani Vantablack® je kemijski inertan, vrlo otporan na udarce i vibracije i pokazuje izvrsnu toplinsku i ekološku stabilnost.

Najcrnji materijal je niz okomitih, blisko raspoređenih ugljikovih nanocijevi. Ova osebujna struktura određuje jedinstvena svojstva Vantablack®-a, budući da je svjetlosti koja prolazi kroz "krošnju" takve nanokarbonske "šume" iznimno teško pobjeći iz ove zamke i reflektirati se od površine takvog materijala.

Vantablack® ima najveću toplinsku vodljivost i najniži omjer mase i volumena od svih materijala koji se mogu koristiti u aplikacijama koje zahtijevaju visoku emisivnost. Ima gotovo zanemarive razine ispuštanja plinova i emisije čestica, čime eliminira glavni izvor kontaminacije u osjetljivim sustavima za snimanje. Izdržava mehanička naprezanja koja se javljaju tijekom lansiranja rakete kao i dugotrajne vibracije i idealna je za oblaganje unutarnjih komponenti kao što su otvori, pregrade i optički senzori temeljen na MEMS (mikroelektromehanički sustavi).

Najcrnji materijal pronašao je praktičnu primjenu uglavnom u optičkim instrumentima: kao referentni izvori zračenja "crnog tijela" u osjetljivim teleskopima, satelitskim kalibracijskim sustavima, IR detektorima i za suzbijanje smetnji od raspršenog zračenja u optičkim sustavima. Vantablack® se također može koristiti u vojne svrhe Vozilo i oklop, jer će ih učiniti praktički nevidljivima, posebno kada se koriste noću.

Inženjeri fizike britanske tvrtke Surrey Nanosystems predstavili su svoje novi razvoj- jedinstveni materijal pod nazivom Vantablack, koji se smatra najtamnijim na svijetu. Prema programerima, apsorbira gotovo svu svjetlost, osim beznačajnih 0,035%, koja se reflektira od njegove površine. Ovo zanimljivo svojstvo čini Vantablack potpuno nevidljivim, a mogu se vidjeti samo objekti oko njega.

Unatoč neravninama površine, mi ih niti ne vidimo

Video ispod presjeka...

Znanstveni tisak već je prozvao materijal umjetnom crnom rupom. Vantablack, naravno, nema tako moćnu gravitaciju kao prava mrtva zvijezda, ali sa svjetlom radi isto što i kozmičke crne rupe – upija i ne ispušta. Još jedna zanimljiva značajka novog materijala je da, iako je zakrivljen, izvana i dalje izgleda ravno, jer su oku svi zavoji potpuno nevidljivi.

Pokušaji stvaranja potpuno tamnog materijala već su napravljeni više puta. Tako je 2008. tim s Politehničkog instituta Rensselaer predstavio materijal koji je reflektirao samo 0,045% svjetlosnih valova, no programeri iz Surrey Nanosystems uspjeli su oboriti ovaj rekord.

Naziv materijala dolazi od izraza V ertično A poravnati N ano T ube A zrake ( Vertikalno orijentirani nizovi nanocijevi) i riječi crno ( crno).

Posebna svojstva materijala ogledaju se u njegovom nazivu. Prva dva sloga Vanta su akronim za okomito poredane nizove ugljikovih nanocijevi. Znanstvenici su uzgajali ugljikove nanocijevi u laboratoriju na aluminijskoj foliji na niskim temperaturama. Na kraju budu zbijeni zajedno, dopuštajući svjetlosti da prodre, ali vrlo malo - prvenstveno ultraljubičasto, infracrveno i mikrovalno svjetlo - da se reflektira od šume.

Mikrografija Vantablack® strukture.

Proces za proizvodnju najcrnjeg materijala, Vantablack®, temelji se na niskotemperaturnoj sintezi tehnologije okomito poravnatih ugljikovih nanocijevi (VANTA) koju je razvio Surrey NanoSystems. Tehnika nanošenja premaza Vantablack® prikladna je za raznih materijala s dimenzijama od mikrona ili više. Lako se kombinira sa standardnim metodama litografije i omogućuje, ako je potrebno, izradu složenih uzoraka.

Prethodno su se VANTA premazi mogli nanositi samo na skupe, masovne superlegure i materijale otporne na toplinu kao što je silicij, te se stoga nisu mogli koristiti na osjetljivoj elektronici ili materijalima s relativno niskim talištem. Ono što čini Vantablack® najcrnji premaz drugačijim je to što se može sintetizirati na mnogim materijalima osjetljivim na temperaturu (kao što je aluminij) koji su važni za primjenu u zemlji, zraku i svemiru. Nanostrukturirani Vantablack® je kemijski inertan, vrlo otporan na udarce i vibracije i pokazuje izvrsnu toplinsku i ekološku stabilnost.

Vantablack® ima najveću toplinsku vodljivost i najniži omjer mase i volumena od svih materijala koji se mogu koristiti u aplikacijama koje zahtijevaju visoku emisivnost. Ima gotovo zanemarive razine ispuštanja plinova i emisije čestica, čime eliminira glavni izvor kontaminacije u osjetljivim sustavima za snimanje. Podnosi mehanički stres lansiranja rakete kao i dugotrajne vibracije i idealan je za oblaganje unutarnjih komponenti kao što su rupe, pregrade i MEMS (mikro-elektromehanički sustavi) optički senzori.

Najcrnji materijal pronašao je praktičnu primjenu uglavnom u optičkim instrumentima: kao referentni izvori zračenja "crnog tijela" u osjetljivim teleskopima, satelitskim kalibracijskim sustavima, IR detektorima i za suzbijanje smetnji od raspršenog zračenja u optičkim sustavima. Vantablack® se također može koristiti na vojnim vozilima i oklopima jer će ih učiniti gotovo nevidljivima, posebno kada se koriste noću.

A također ću vas podsjetiti na i na primjer

Čovjek je oduvijek nastojao pronaći materijale koji ne ostavljaju nikakve šanse svojim konkurentima. Od davnina znanstvenici traže najtvrđe materijale na svijetu, najlakše i najteže. Žeđ za otkrićem dovela je do otkrića idealnog plina i idealnog crnog tijela. Predstavljamo vam najviše nevjerojatne tvari u svijetu.

1. Najcrnja tvar

Najviše crna tvar u svijetu se zove Vantablack i sastoji se od zbirke ugljikovih nanocijevi (v. ugljik i njegove alotropske modifikacije). Jednostavno rečeno, materijal se sastoji od bezbrojnih “dlačica”, jednom kad se uhvati u njih, svjetlost se odbija od jedne cijevi do druge. Dakle, apsorbira se oko 99,965%. svjetlosni tok a samo se mali dio reflektira natrag.
Otkriće Vantablacka otvara široke izglede za korištenje ovog materijala u astronomiji, elektronici i optici.

2. Najzapaljivija tvar

Klor trifluorid je najzapaljivija tvar ikada poznata čovječanstvu. Jako je oksidirajuće sredstvo i reagira s gotovo svim kemijski elementi. Klor trifluorid može spaliti beton i lako zapaliti staklo! Primjena klor trifluorida praktički je nemoguća zbog njegove fenomenalne zapaljivosti i nemogućnosti sigurne uporabe.

3. Najotrovnija tvar

Najjači otrov je botulinum toksin. Poznajemo ga pod imenom Botox, kako ga zovu u kozmetologiji, gdje je i našao svoju glavnu primjenu. Botulinum toksin je kemikalija koju proizvodi bakterija Clostridium botulinum. Osim što je botulinum toksin najotrovnija tvar, ima i najveću molekulsku masu među proteinima. O fenomenalnoj toksičnosti tvari svjedoči činjenica da je samo 0,00002 mg min/l botulinum toksina dovoljno da zahvaćeno područje bude smrtonosno za čovjeka pola dana.

4. Najtoplija tvar

To je takozvana kvark-gluonska plazma. Supstanca je nastala sudaranjem atoma zlata brzinom bliskom svjetlosnoj. Kvark-gluonska plazma ima temperaturu od 4 trilijuna Celzijevih stupnjeva. Za usporedbu, ova brojka je 250.000 puta veća od temperature Sunca! Nažalost, životni vijek materije ograničen je na bilijunti dio jedne trilijunti dio sekunde.

5. Najžešća kiselina

U ovoj nominaciji prvak je fluor-antimonska kiselina H. Fluorid-antimonska kiselina je 2×10 16 (dvjesto kvintilijuna) puta kaustičnija od sumporne kiseline. Ovo je vrlo djelatna tvar, koji može eksplodirati ako se doda mala količina vode. Pare ove kiseline su smrtonosno otrovne.

6. Najeksplozivnija tvar

Najeksplozivnija tvar je heptanitrokuban. Vrlo je skup i koristi se samo za znanstveno istraživanje. Ali nešto manje eksplozivni oktogen uspješno se koristi u vojnim poslovima iu geologiji pri bušenju bušotina.

7. Najradioaktivnija tvar

Polonij-210 je izotop polonija koji ne postoji u prirodi, već ga proizvodi čovjek. Koristi se za stvaranje minijaturnih, ali u isto vrijeme vrlo moćnih izvora energije. Ima vrlo kratak poluživot i stoga može izazvati tešku radijacijsku bolest.

8. Najteža tvar

Ovo je, naravno, fullerite. Njegova tvrdoća je gotovo 2 puta veća od tvrdoće prirodnih dijamanata. Više o fulleritu možete pročitati u našem članku Najtvrđi materijali na svijetu.

9. Najjači magnet

Najjači magnet na svijetu napravljen je od željeza i dušika. Trenutačno detalji o ovoj tvari nisu dostupni široj javnosti, no već je poznato da je novi super-magnet 18% snažniji od većine jaki magneti trenutno se koristi - neodimij. Neodimijski magneti izrađeni su od neodimija, željeza i bora.

10. Najtečnija tvar

Superfluidni helij II nema gotovo nikakvu viskoznost na temperaturama blizu apsolutne nule. Ovo svojstvo je zbog svog jedinstvenog svojstva curenja i izlijevanja iz posude izrađene od bilo kojeg čvrstog materijala. Helij II ima izglede za korištenje kao idealan toplinski vodič u kojem se toplina ne rasipa.

Koliko duboka može biti crna? Provjerimo. Britanska tvrtka stvorila je tvar koja je najcrnji materijal na svijetu, a zove se vantablack. Do tog vremena ova sorta nije bila nikome poznata. Ovaj izum je jednom zauvijek promijenio ljudsko razumijevanje našeg svemira. Kakav je ovo materijal? Koja svojstva ima? Gdje se može koristiti? O ovom tajanstvenom i jedinstvenom izumu raspravljat ćemo u članku.

Povijest otkrića

Pokušaji stvaranja apsoluta bili su više puta znanstvenici iz cijelog svijeta. Prvi put je takav materijal predstavljen javnosti 2008. godine. Reflektirao je 0,045 valnih duljina spektra svjetlosti. U srpnju 2014. znanstvenici iz Velike Britanije predstavili su najcrnji materijal na svijetu - vantablack, čija je refleksija svjetlosti bila 0,036.

Spoj

Novootkrivena tvar sposobna je apsorbirati 99,9% svjetlosti, radiovalova i mikrovalova. Znanstvenici iz Velike Britanije pod vodstvom Jensona Behna proveli su istraživanje svojstava i karakteristika vantablacka.

Vantablack je stvoren iz agregata. Što to znači? Ako se ljudska vlas podijeli u 10 tisuća slojeva, jedan od njih predstavlja veličinu jedne takve ugljikove nanocijevi. Opći sastav tvari može se zamisliti kao polje obraslo travom; upadna čestica svjetlosti odbija se od jedne vlati trave do druge. Ove vlati trave apsorbiraju svjetlost, reflektirajući samo njen mali dio.

Tehnologija za stvaranje takvih cijevi nije nova, ali Jenson i njegov tim uspjeli su pronaći inovativne načine za njihovu upotrebu. Izumili su način da ih kombiniraju s materijalima koji se koriste u modernim satelitima i teleskopima. Najčešći materijal ove vrste u svakodnevnom životu je aluminijska folija.

Korištenje vantablacka u teleskopima i satelitima pomoći će da slike svemira i globusa budu jasnije nego prije. Činjenica je da unutar uređaja postoji raspršena svjetlost, što dovodi do povećanja šuma, zbog čega slike nisu jasne. Korištenje najcrnjeg materijala unutar teleskopa za prekrivanje pregrada i ploča dijafragme smanjit će raspršenje svjetlosti. To će poboljšati kvalitetu satelitskih slika.

Sa stajališta fizičke znanosti, nemoguće je stvoriti materijal koji može apsorbirati 100% svjetlosti. Shodno tome, izum vantablacka (najcrnjeg materijala na planetu) sa sigurnošću se može nazvati probojem u znanosti na rubu znanstvene fantastike.

Proces stvaranja

Programeri ne otkrivaju detaljne informacije o procesu stvaranja najcrnjeg materijala. Ono što se zna jest da su za bazu uzete nanocijevi koje su uzgajane na temperaturama iznad 430 ºC u posebnoj laboratorijskoj komori. Materijal se sastoji od milijun takvih fragmenata, čija je debljina 20 nanometara (1 cm 2 Vantablacka sadrži oko 1 milijardu nanocijevi). Svjetlost koja pada između cijevi reflektira se između njih i nema priliku izaći, što stvara učinak apsolutne crnine. Isti proces možete promatrati ako zamislite da hodate kroz šumu u kojoj je drveće visoko 3-4 km. Na takvom mjestu donji slojevi neće moći vidjeti sunčeva svjetlost nikada.

Eksperimenti su provedeni s novim najcrnjim materijalom na svijetu. Na površinu vode spušten je aluminijski disk koji nije potonuo i nakon izvlačenja iz tekućine ostao je potpuno suh. To se objašnjava činjenicom da materijal ima nisku površinsku energiju. To mu omogućuje da ostane na površini.

Karakteristike

Dakle, koji je najcrnji materijal koji trenutno postoji na svijetu? Naravno da je vantablack. Trenutno su znanstvenici poboljšali svojstva ovog materijala. Nova tvar nazvana je vantablack 2. Njezin koeficijent refleksije svjetlosti još se ne može odrediti jer takvi uređaji još ne postoje, ali je blizu nule.

Stručnjaci su jasno pokazali optička svojstva tvari. Ova tvar s neobičnim premazom stvara iluziju praznine bez dna. Svjetlo koje ulazi u područje crnog tijela tvari nestaje iz vidnog polja. Znanstvenici objašnjavaju ovaj fenomen činjenicom da su svjetlosni fotoni raspršeni između bezbrojnih nanocijevi, svjetlosne čestice se reflektiraju nevjerojatan broj puta i postupno ih apsorbiraju elementi materijala.

Jedinstvene značajke

Jedinstvena karakteristika samog crnog materijala je da se osim svjetlosnog spektra apsorbiraju ultraljubičasti, infracrveni i elektromagnetski valovi.

Ali njegova jedinstvenost tu ne završava; ima sljedeće pokazatelje i karakteristike:

Reakcija ljudskog oka na materijal

Znanstvenicima je zanimljiva i reakcija ljudskog oka na najcrnji materijal na zemlji. Zbog činjenice da reflektirane svjetlosti praktički nema, mozak je ne percipira kao crni objekt, već kao pad u crnu rupu ili ponor, kao dvodimenzionalno crnilo. Što to znači? Osoba koja gleda vantablack ne doživljava ga kao nešto materijalno. Njegov mozak javlja da je ovo nekakav kvar ili rupa.

Ovakav učinak materijala zainteresirao je znanstvenike, no najviše je pobudio zanimanje umjetnika i kipara, koji su rekli da će ova tvar izgledati vrlo impresivno u prikazivanju prostora.

Moguća područja primjene

Vantablack i Vantablack 2 su jedinstvene tvari koje nemaju analoga u svijetu. Smatraju se obećavajućim materijalom koji se može koristiti u mnogim područjima ljudske djelatnosti.

Umjesto zaključka

Naravno, ovo nije cijeli niz različitih područja primjene vantablacka. Znanstvenici nastavljaju proučavati njegova svojstva. No, već sada sa sigurnošću možemo reći da je ovo otkriće u znanosti fantastičnih razmjera, koje će zauvijek promijeniti naše poimanje Zemlje i svemira.