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迄今最黑材料可吸收99.995%的入射光,有助发现系外行星

来源:科技日报2019-09-16 08:59

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  据物理学家组织网13日报道,中美科学家今天报告说,他们研制出了一种比之前最黑材料还要黑10倍的材料。新材料由碳纳米管(CNT)阵列制成,可捕获99.995%的入射光,是有史以来最黑的材料。

  图片说明:工程师们研制出一种由碳纳米管制成的材料,比之前最黑的材料还黑10倍。新材料作为纽约证券交易所新展览装置的一部分展出。该艺术装置名为“虚荣的救赎”,科学家在一颗价值200万美元、重约16.78克拉的天然黄色钻石上涂上了这种新材料。使用涂层后,通常令人眼花缭乱的宝石“变身为”一种扁平的黑色物体。 图片来源:物理学家组织网

  研究作者之一、麻省理工学院(MIT)航空航天教授布莱恩·沃德尔说,这种新材料除了具有艺术表现力外,还可能具有实用价值,例如用于遮光罩中减少不必要的眩光;帮助太空望远镜发现系外行星等。

  最新研究合作者、上海交通大学材料科学与工程学院副教授崔可航对科技日报记者介绍说,他和沃德尔最初并不打算设计一种超黑材料,他们正尝试让CNT在铝等导电材料上生长,希望借此提高材料的电学和热学性能。

  但当崔可航试图让CNT在铝上生长时遇到了麻烦:当铝暴露于空气中时,会被氧化,氧化物会覆盖铝,就像绝缘体一样,导致铝的导电和加热性能无法获得改善。于是,他开始寻找去除铝氧化层的方法,结果发现盐(氯化钠)可以解决。

  当时,沃德尔团队正尝试让CNT在盐和其他产品(如小苏打和洗涤剂等)上生长。在对盐进行测试时,崔可航注意到氯离子会侵蚀铝的表面并溶解其氧化层。

  崔可航发现,如果把铝箔浸泡在盐水中,可以去除氧化层。然后,他将铝箔转移到无氧环境中,防止其再氧化;最后,他将蚀刻的铝放入反应器中,并通过化学气相沉积法来生长碳纳米管。

  结果表明,去除氧化层后,他们能在更低温度下(否则需要100摄氏度左右)让CNT在铝上生长。他们还发现,CNT与铝的结合显著提高了材料的热学和电学性能。

  崔可航说:“但最令我们吃惊的是得到的新材料极黑,对于新材料光学反射率的测量表明,该材料从各个角度吸收的入射光都大于99.995%。”

  研究人员目前还不能完全确定新材料为何会如此,但他们怀疑这可能与有点发黑的蚀刻铝与CNT相结合有关。他们认为,碳纳米管可以捕获并将大部分入射光转化为热,反射回去的光微乎其微,因此碳纳米管具有特别的黑色。

  他们计划进一步研究,以厘清新材料为何这么黑。(刘霞)

[ 责编:赵清建 ]
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