我們知道除了黑洞,地球上的壹切都會反射光,只是強度不同,但只要有光,我們基本上就能用肉眼看到。這堵墻是不是像壹個可以吞光的黑洞?
黑洞是宇宙中引力非常強的天體。它能吞噬包括光在內的壹切物質。因為既不發光也不反光,所以黑洞周圍都是黑暗,所以叫黑洞。
黑洞是恒星演化的最後階段,其形成條件非常苛刻。即使是太陽也太小了,不可能演化成黑洞。在生命的末期,它首先會變成壹顆紅巨星,紅巨星會吞噬包括地球在內的大部分星球,然後在引力的作用下開始向內坍縮。因為質量小,引力小,只能淪為白矮星。
太陽的壽命至少有幾十億年。或許人類在那個時候早就滅絕了,又或許科技已經先進到可以讓地球脫離太陽系,所以不用擔心世界末日。
雖然地球上不可能有黑洞,但是科學家可以開發新材料,光吸收效果可以無限接近黑洞。韓國現代展覽館的黑色墻壁上還塗有壹層吸光材料,這種材料是由英國薩裏納米系統公司開發的。
英文名縮寫為Vantablack,翻譯過來就是VantaBlack,意思是垂直排列的碳納米管陣列。
梵黑在出現之初就號稱是地球上最黑的物質,是宇宙中最接近黑洞存在的物質。如果用來做衣服,穿的人可能會被當成怪物。因為只能看到頭部和四肢,身體漆黑壹片,空蕩蕩的,連身體的輪廓都看不到。
夏天穿黑色衣服站在太陽下會明顯感覺比較熱,穿白色衣服會涼快很多,因為物體越黑,它的吸光能力就越強。
光其實就是高速運動的光子,它們的速度達到每秒30萬公裏。壹旦撞到物體,必然會與粒子發生碰撞和反射,只有部分光子會轉化為熱量被吸收,除非黑色物體在黑暗的地方不容易被發現。
Vantage Black也能反射光線,但它的表面是由碳納米管構成的,碳納米管的直徑只有頭發的十分之壹。如果在顯微鏡下觀察,妳會發現它的表面有無數垂直的黑色管道,這些微小的碳納米管可以改變光的反射路徑。
當光線進入這些管道時,碳納米管會先吸收大部分光線,剩余的光線經過無數次折射後會被碳納米管逐漸轉化為吸熱,只有壹點點光線可以被反射。
原理似乎很簡單。舉個簡單的例子,把壹壺水快速倒在水泥地上,會100%飛濺。如果把水泥地面換成草,只有微小的水滴會飛濺出來。而且碳納米管還具有超高的導熱性,就像海綿吸水壹樣吸收光線。
所以梵黑只能反射0.35%的光線,肉眼無法觀察到。2014年,它作為世界上最黑暗的壹種達到了吉尼斯紀錄,但是這個紀錄被麻省理工學院的團隊在2019年打破了。
該團隊的Brian Wald教授公開表示,他們創造了壹種比梵蒂岡黑還要黑65,438+00倍的材料。這種材料也是由碳納米管制成,但碳納米管的直徑只有人類頭發的五十分之壹,因此只能反射0.005%的光線,是史上最黑的材料。
布萊恩教授壹開始並沒有想到用碳納米管來制造極黑的材料。碳納米管不僅具有優異的導熱性,還具有良好的機械性能。其密度僅為鋼的1/6,但抗拉強度是鋼的100倍,硬度與金剛石相當。
如果將其他工程材料和碳納米管制成復合材料,可以表現出良好的強度、彈性和抗疲勞性能,這將大大提高復合材料的性能。
俄羅斯科學家曾將碳納米管復合材料置於1011Mpa的水壓下,相當於深海1萬米的壓力。復合碳納米管被巨大的壓力壓碎,並在壓力移除後立即恢復。這種良好的韌性是制作彈簧的絕佳材料。
此外,碳納米管的導電性是銅的1萬倍。布萊恩教授原本打算在鋁的表面生長碳納米管,以提高其導電性和熱性能,但鋁在空氣中會形成氧化膜,非常耐腐蝕。
而且氧化物壹般都有絕緣的作用,會降低鋁的導電性和導熱性,所以不得不用氯離子來侵蝕鋁的表面。這種蝕刻技術在金屬工藝中很常見。
氯離子由於半徑小,滲透能力強,很容易穿透氧化膜中的微小孔隙,到達鋁金屬表面並與之形成可溶性化合物,改變氧化膜的結構,使其慢慢被侵蝕。最後,在微波爐中加熱蝕刻後的鋁,然後通過化學氣相沈積法生長碳納米管。
這種方法也被稱為碳氫化合物氣體的熱解。氣態烴在1000的高溫下會分解生成碳納米管,碳納米管在催化劑顆粒的作用下附著在鋁箔上。
Brian教授最終發現,碳納米管和鋁箔的結合達到了預期的實驗目的,復合材料的導熱性和導電性都得到了顯著的提高。但最令人驚訝的是,這種材料黑得讓人不敢相信,於是進行了光學反射率測試。
測試結果表明,該材料可以吸收99.995%來自各個角度的入射光,這在目前的宇宙中僅次於黑洞。無論它的表面是凹凸不平的還是有其他形態特征的,都是肉眼看不到的,只是壹片虛無的黑暗。
布萊恩教授和他的團隊已經為這項技術申請了專利,但他們計劃讓藝術家免費用於非商業藝術創作。壹個土豪用鋁碳納米管把壹顆價值200萬美元的鉆石覆蓋起來,讓原本閃亮的鉆石顯得完全相反,於是就黑了,消失了。它被命名為“虛榮的救贖”,並在紐約證券交易所展出。
寶馬也曾以梵高黑為塗料,專門設計了壹款X6 SUV進行展示。無論在晚上還是白天,無論妳用多強的光去照射它,它看起來幾乎都是黑色的。如果車窗、車燈等部位沒有光澤,妳甚至會以為這輛車是畫在墻上的,因為妳根本看不到它的表面邊緣和線條。
這是設計師的慈悲,為它預留了1%的光反射率,讓車的輪廓幾乎看不到,免得看起來像壹張紙,正好讓車看起來豪華又充滿了神秘和尊貴。
但是,這款車不能上路行駛,因為受技術限制。梵高黑作為壹種顏料,很容易脫落。如果掉了,就沒辦法補漆了。而且有網友調侃說,估計這車的油漆比車的貴,買了才能看。
那麽這種超黑材質除了帶來極致的視覺效果之外還有什麽實際用途呢?
獲得諾貝爾獎的天體物理學家約翰·馬瑟(John Mather)表示,這種超黑材料可以提高光學儀器的靈敏度,它可以消除太空望遠鏡鏡頭發出的幹涉光。
比如美國正在研制的紅外空間望遠鏡,其主要任務是對紅外天空進行寬視場成像和調查,解決暗能量和紅外天體物理等領域的基礎問題。
但這種空間光學儀器必須去掉不必要的眩光,所以需要設計“遮星傘”來遮擋太空中的雜散光,還要承受火箭發射產生的高溫。鋁箔碳納米管由於超強的吸光性和耐高溫性,無疑是制造遮星傘的最佳基礎材料。
由於鋁箔碳納米管不能反光,可以隱藏物體的起伏,是壹種理想的偽裝塗層材料,因此在軍事武器領域有很大的應用空間。2020年,日本推出了壹種吸光率高達99.4%的黑色顏料,可以輕松實現平面化、架空、蒙砂甚至隱形。
其次,它還具有優異的導電性和導熱性,以及高效吸收光子的功能,因此鋁箔碳納米管可以應用於散熱系統、電力傳輸、光伏新能源領域。
但無論是華帝黑還是鋁箔碳納米管,目前都太難走出實驗室,更別說投入量產了。
最後,綜上所述,目前碳納米管極黑材料仍然存在制備困難、生產成本高的問題,無法快速推廣應用到相關行業。但它確實有廣闊的應用前景,值得科學家進壹步研究。
就像蒸汽機剛發明的時候,價格貴,效益趕不上手工勞動。然而,瓦特改進蒸汽機後,人類社會迅速進入工業文明。
也許有壹天,技術更先進後,人類可以用“黑”改變世界。