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迄今最黑材料可吸收99.995%的入射光,有助發現系外行星

來源:科技日報2019-09-16 08:59

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  據物理學家組織網13日報道,中美科學家今天報告說,他們研制出了一種比之前最黑材料還要黑10倍的材料。新材料由碳納米管(CNT)陣列制成,可捕獲99.995%的入射光,是有史以來最黑的材料。

  圖片說明:工程師們研制出一種由碳納米管制成的材料,比之前最黑的材料還黑10倍。新材料作為紐約證券交易所新展覽裝置的一部分展出。該藝術裝置名為“虛榮的救贖”,科學家在一顆價值200萬美元、重約16.78克拉的天然黃色鉆石上涂上了這種新材料。使用涂層后,通常令人眼花繚亂的寶石“變身為”一種扁平的黑色物體。 圖片來源:物理學家組織網

  研究作者之一、麻省理工學院(MIT)航空航天教授布萊恩·沃德爾說,這種新材料除了具有藝術表現力外,還可能具有實用價值,例如用于遮光罩中減少不必要的眩光;幫助太空望遠鏡發現系外行星等。

  最新研究合作者、上海交通大學材料科學與工程學院副教授崔可航對科技日報記者介紹說,他和沃德爾最初并不打算設計一種超黑材料,他們正嘗試讓CNT在鋁等導電材料上生長,希望借此提高材料的電學和熱學性能。

  但當崔可航試圖讓CNT在鋁上生長時遇到了麻煩:當鋁暴露于空氣中時,會被氧化,氧化物會覆蓋鋁,就像絕緣體一樣,導致鋁的導電和加熱性能無法獲得改善。于是,他開始尋找去除鋁氧化層的方法,結果發現鹽(氯化鈉)可以解決。

  當時,沃德爾團隊正嘗試讓CNT在鹽和其他產品(如小蘇打和洗滌劑等)上生長。在對鹽進行測試時,崔可航注意到氯離子會侵蝕鋁的表面并溶解其氧化層。

  崔可航發現,如果把鋁箔浸泡在鹽水中,可以去除氧化層。然后,他將鋁箔轉移到無氧環境中,防止其再氧化;最后,他將蝕刻的鋁放入反應器中,并通過化學氣相沉積法來生長碳納米管。

  結果表明,去除氧化層后,他們能在更低溫度下(否則需要100攝氏度左右)讓CNT在鋁上生長。他們還發現,CNT與鋁的結合顯著提高了材料的熱學和電學性能。

  崔可航說:“但最令我們吃驚的是得到的新材料極黑,對于新材料光學反射率的測量表明,該材料從各個角度吸收的入射光都大于99.995%。”

  研究人員目前還不能完全確定新材料為何會如此,但他們懷疑這可能與有點發黑的蝕刻鋁與CNT相結合有關。他們認為,碳納米管可以捕獲并將大部分入射光轉化為熱,反射回去的光微乎其微,因此碳納米管具有特別的黑色。

  他們計劃進一步研究,以厘清新材料為何這么黑。(劉霞)

[ 責編:趙清建 ]
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