S omluvou pro „Spinal Tap“ se zdá, že černá může být skutečně ještě černější.
Inženýři MIT dnes oznámili, že připravili materiál, který je desetkrát černější než cokoli, co bylo dosud popsáno. Materiál je vyroben z vertikálně uspořádaných uhlíkových nanotrubiček neboli CNT – mikroskopických uhlíkových vláken, podobných rozbředlému lesu malých stromků, které tým vypěstoval na povrchu chlorem leptané hliníkové fólie. Fólie zachytí nejméně 99,995 %* veškerého dopadajícího světla, což z ní činí nejčernější materiál v historii.
Výzkumníci dnes publikovali své výsledky v časopise ACS-Applied Materials and Interfaces. Materiál připomínající plášť dnes také představují v rámci nové výstavy na newyorské burze s názvem „Vykoupení marnosti“.
Umělecké dílo, které vymyslel Diemut Strebe, rezidenční umělec Centra pro umění, vědu a technologie MIT, ve spolupráci s Brianem Wardlem, profesorem aeronautiky a astronautiky na MIT, a jeho skupinou a rezidenčním umělcem Centra pro umění, vědu a technologie MIT Diemutem Strebem, obsahuje 16 kusů.78karátový přírodní žlutý diamant od společnosti LJ West Diamonds, jehož hodnota se odhaduje na 2 miliony dolarů, který tým pokryl novým, ultračerným materiálem CNT. Efekt je ohromující:
Wardle říká, že materiál CNT může mít kromě uměleckého výrazu také praktické využití, například v optických clonách, které snižují nežádoucí odlesky a pomáhají vesmírným teleskopům zpozorovat obíhající exoplanety.
„Existují optické a vesmírné vědecké aplikace pro velmi černé materiály a samozřejmě umělci se o černou barvu zajímali už dávno před renesancí,“ říká Wardle. „Náš materiál je desetkrát černější než cokoli, co bylo kdy zaznamenáno, ale myslím, že nejčernější černá je neustále se pohybující cíl. Někdo najde černější materiál a nakonec pochopíme všechny základní mechanismy a budeme schopni správně zkonstruovat ultimátní černou.“
Wardleho spoluautorem článku je bývalý postdoktorand MIT Kehang Cui, nyní profesor na Shanghai Jiao Tong University.
Into the void
Wardle a Cui neměli v úmyslu zkonstruovat ultračerný materiál. Místo toho experimentovali se způsoby, jak vypěstovat uhlíkové nanotrubičky na elektricky vodivých materiálech, jako je hliník, aby zvýšili jejich elektrické a tepelné vlastnosti.
Při pokusu vypěstovat CNT na hliníku však Cui narazil na překážku, a to doslova: na všudypřítomnou vrstvu oxidu, která pokrývá hliník, když je vystaven působení vzduchu. Tato vrstva oxidu působí jako izolant, který spíše blokuje než vede elektřinu a teplo. Když hledal způsob, jak odstranit vrstvu oxidu hliníku, našel Cui řešení v soli neboli chloridu sodném.
V té době Wardleova skupina používala k pěstování uhlíkových nanotrubiček sůl a další produkty ze spíže, jako je jedlá soda a prací prášek. Při testech se solí si Cui všiml, že chloridové ionty rozežírají povrch hliníku a rozpouštějí jeho oxidovou vrstvu.
„Tento proces leptání je běžný pro mnoho kovů,“ říká Cui. „Například lodě trpí korozí způsobenou oceánskou vodou na bázi chlóru. Nyní tento proces využíváme ve svůj prospěch.“
Cui zjistil, že pokud namočí hliníkovou fólii do slané vody, může odstranit vrstvu oxidu. Poté přenesl fólii do prostředí bez kyslíku, aby zabránil reoxidaci, a nakonec umístil vyleptaný hliník do pece, kde skupina prováděla techniky pro pěstování uhlíkových nanotrubiček pomocí procesu zvaného chemické napařování.
Odstraněním vrstvy oxidu byli vědci schopni pěstovat uhlíkové nanotrubičky na hliníku, a to při mnohem nižších teplotách, než by tomu bylo jinak, asi o 100 stupňů Celsia. Také si všimli, že kombinace CNT na hliníku výrazně zlepšila tepelné a elektrické vlastnosti materiálu – což bylo zjištění, které očekávali.
Co je překvapilo, byla barva materiálu.
„Vzpomínám si, že jsem si všiml, jak byl černý předtím, než na něm rostly uhlíkové nanotrubičky, a po růstu vypadal ještě tmavší,“ vzpomíná Cui. „Tak mě napadlo, že bych měl změřit optickou odrazivost vzorku.
„Naše skupina se obvykle optickými vlastnostmi materiálů nezabývá, ale tato práce probíhala ve stejné době jako naše umělecko-vědecká spolupráce se společností Diemut, takže v tomto případě umění ovlivnilo vědu,“ říká Wardle.
Wardle a Cui, kteří požádali o patent na tuto technologii, dávají nový proces CNT volně k dispozici každému umělci, který jej může použít pro nekomerční umělecký projekt.
„Vytvořeno pro zneužití“
Cui měřil množství světla odraženého materiálem nejen přímo nad hlavou, ale také ze všech dalších možných úhlů. Výsledky ukázaly, že materiál pohltil nejméně 99,995 % dopadajícího světla, a to z každého úhlu. Jinými slovy, odrážel desetkrát méně světla než všechny ostatní superčerné materiály včetně Vantablack. Pokud by materiál obsahoval hrboly, hřebeny nebo jakékoliv rysy, bez ohledu na to, z jakého úhlu by byl pozorován, byly by tyto rysy neviditelné, zastřené v černé prázdnotě.
Výzkumníci si nejsou zcela jisti mechanismem, který přispívá k neprůhlednosti materiálu, ale předpokládají, že to může mít něco společného s kombinací leptaného hliníku, který je poněkud zčernalý, s uhlíkovými nanotrubičkami. Vědci se domnívají, že lesy uhlíkových nanotrubiček dokáží zachytit a přeměnit většinu dopadajícího světla na teplo a jen velmi málo ho odrážejí zpět jako světlo, čímž CNT získávají obzvláště černý odstín.
„Je známo, že lesy CNT různých odrůd jsou extrémně černé, ale chybí mechanistické pochopení toho, proč je tento materiál nejčernější. To je třeba dále studovat,“ říká Wardle.
Materiál se již těší zájmu letecké komunity. Astrofyzik a nositel Nobelovy ceny John Mather, který se na výzkumu nepodílel, zkoumá možnost použít Wardleho materiál jako základ pro hvězdné stínítko – masivní černé stínítko, které by chránilo vesmírný teleskop před rozptýleným světlem.
„Optické přístroje, jako jsou kamery a teleskopy, se musí zbavit nežádoucího oslnění, abyste viděli to, co chcete vidět,“ říká Mather. „Chtěli byste vidět Zemi obíhající kolem jiné hvězdy? Potřebujeme něco velmi černého. … A tato černá musí být odolná, aby vydržela start rakety. Staré verze byly křehké lesy z kožešin, ale tyhle jsou spíš jako čističe hrnců – postavené tak, aby vydržely týrání.“
*Dřívější verze tohoto článku uváděla, že nový materiál zachytí více než 99,96 procenta dopadajícího světla. Toto číslo bylo aktualizováno, aby bylo přesnější; materiál pohlcuje nejméně 99,995 dopadajícího světla.