Az elmúlt évtizedekben tudósok és mérnökök folyamatosan új anyagokat fejlesztettek ki, amelyek minden eddiginél több fényt képesek elnyelni, és ezzel új rekordokat állítottak fel a világ „legfeketébb feketéi” között.
Bár a Vantablack 10 évvel ezelőtt lenyűgözte a világot hihetetlen fényelnyelő képességével, ma már nem tartja a rekordot. Az anyagtechnológia fejlődése számos új lehetőséget teremtett, sokszor véletlen felfedezések révén — számolt be róla a SciShow.
Mit jelent a „legfeketébb fekete”?
Fizikai értelemben a fekete az a szín, amely minden látható fényt elnyel, és nem bocsát vissza fényt, amit a szem érzékelhetne. Az anyagok feketeségét a visszaverődési arány (reflektancia) alapján mérik: a 0%-os reflektancia a „tökéletes fekete,” míg a 100% a „tökéletes fehér.” A modern „szuperfeketék” kevesebb mint 0,5%-os reflektanciával rendelkeznek, az „ultrafeketék” pedig 0,05% alatti értéket érnek el.
Az elnyelt fény energiává alakul – általában hővé –, ezért érezzük melegebbnek a sötét felületeket napfényben. Ez a tulajdonság teszi az ilyen anyagokat rendkívül hasznossá az olyan területeken, mint az asztrofizika vagy a napelemek hatékonyságának növelése.
A feketeség korai anyagai: szén és pigmentek
Az emberiség több mint 12 000 éve használ fekete pigmenteket, például faszenet, amelyet a karbonizáció nevű eljárással állítanak elő. A tiszta szénatomok fényelnyelő tulajdonságai miatt a faszén kiváló fekete pigment. A középkortól kezdve más természetes anyagokat is alkalmaztak, például tintahal tintáját, amely melanint tartalmaz – egy olyan vegyületet, amely az állatvilágban is elterjedt színpigment.
A 19. században a vegyészek mesterséges pigmenteket kezdtek kifejleszteni, például a kadmiumvöröset és a kobaltkéket. Ezek a technikák vezettek el a modern fekete festékekhez, amelyek reflektanciája már 3% alá csökkent.
A szuperfeketék forradalma
Az igazi áttörést a nanotechnológia hozta. Az első jelentős ugrás 2002-ben történt, amikor kutatók kémiai maratással olyan mikroszkopikus krátereket hoztak létre az anyagok felszínén, amelyek hatékonyan csapdába ejtették a fényt. Bár ezek az anyagok látható fényben rendkívül sötétek voltak, infravörös tartományban még nem működtek tökéletesen.
A 2010-es években megjelent a Vantablack, amely forradalmasította a feketeséget. A Vantablack titka az volt, hogy nanoszkopikus szén nanocsövekből álló „erdőt” növesztettek az anyagok felszínére. Ezek a nanocsövek a fényt a struktúrájuk közé csapdázták, ahol az elnyelődött. Az eredmény: kevesebb mint 0,05%-os reflektancia a látható fénytartományban.
Új rekordok és véletlen felfedezések
2019-ben kutatók véletlenül fedeztek fel egy még feketébb anyagot, miközben az alumínium elektromos vezetőképességét próbálták javítani. Ez az új anyag kevesebb mint 0,01%-os reflektanciát ért el, és bizonyos hullámhosszokon 0,005% alá is csökkent. A titok az alumínium felületének mikroszkopikus maratásában rejlett, amelyet nanocső-erdőkkel kombináltak.
2023-ban pedig egy új „érintésálló” ultrafekete anyag született. A kutatók mikrobarázdákat hoztak létre egy polimermatrica segítségével, amely a mindennapi érintésnek is ellenállt. Ez lehetővé teheti a fekete anyagok szélesebb körű, kereskedelmi alkalmazását.
Fekete anyagok a természetben
Az emberek által létrehozott „legfeketébb feketékkel” szemben a természet is alkotott figyelemre méltó példákat. Egyes madarak, pókok és mélytengeri halak ultrafekete színezetet fejlesztettek ki, amely 0,05%-os reflektanciával bír. Ezek az élőlények a melanin pigmentek és mikroszerkezetek kombinációjával érik el elképesztően sötét megjelenésüket.
A feketeség jövője
A fekete anyagok fejlesztése nemcsak technológiai érdekesség, hanem gyakorlati jelentőségű is. Az űrtávcsövek, napelemek és még az ékszeripar is profitálhat az új anyagokból. A kutatók álma, hogy a feketeséget a természetből tanulva és a nanotechnológia révén tökéletesítsék, egyre közelebb kerül a megvalósításhoz.
A világ legfeketébb feketéje nem csupán tudományos verseny, hanem annak bizonyítéka, hogy a technológia és a természet kéz a kézben vezethet minket új felfedezésekhez.
Ezeket a cikkeket is érdemes elolvasni:
Kannibál ősemberek élnek a mai napig is az USA hegyei között?
Újabb jeleket fedezett fel a Marson található vízzel és élettel kapcsolatban egy műholdkép
