Химики нечаянно создали самый чёрный материал в истории

Учёные создали материал, который бьёт все рекорды по черноте и может стать настоящим подарком, к примеру, для разработчиков космических телескопов. Любопытно, что открытие было сделано совершенно случайно.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials & Interfaces Кэханом Цуем (Kehang Cui) и Брайаном Уордлом (Brian Wardle) из Массачусетского технологического института.

До сей поры самым чёрным в мире материалом считался vantablack, поглощающий 99,965% падающего на него света. Он представляет собой лес из углеродных нанотрубок, выращенный на алюминиевой фольге. Другими словами, нанотрубки стоят на подложке вертикально, как деревья в лесу (чем и объясняется название).

Новая субстанция имеет очень похожую структуру, но "проглатывает" более 99,995% света. Таким образом, количество отражённого новым рекордсменом излучения примерно в семь раз меньше, чем у vantablack.

Интересно, что химики совсем не собирались соревноваться с Малевичем. Они стремились улучшить тепловую и электрическую проводимость материала, состоящего из алюминиевой подложки и леса углеродных нанотрубок на нём.

Препятствием на их пути стал слой оксида алюминия. Дело в том, что чистый алюминий весьма химически активен и сразу же вступает в реакцию с кислородом воздуха, покрываясь оксидной плёнкой. А вот его оксид, напротив, довольно инертен.

Но у оксида алюминия электро- и теплопроводность ниже, чем у чистого металла. Поэтому специалисты искали способ избавиться от мешающего им соединения.

Напомним, что ранее Уордл и соавторы открыли способ эффективно выращивать нанотрубки с помощью раствора поваренной соли (NaCl). Ключевую роль в этом процессе играют ионы натрия. Теперь химики нашли применение и для ионов хлора. Оказалось, что последние достаточно хорошо очищают алюминий от оксидного слоя.

"Этот процесс травления характерен для многих металлов, – говорит Цуй. – Например, суда страдают от коррозии, вызванной [ионами] хлора в водах океана. Теперь же мы используем этот процесс в наших интересах".

Учёные удалили оксид алюминия с помощью раствора соли и поместили металл в печь для выращивания на нём углеродных нанотрубок с помощью химического осаждения из паровой фазы. В этом случае атомы газообразного углерода оседали на алюминиевую подложку и выстраивались в нанотрубки. Разумеется, процесс проходил в бескислородной среде, чтобы предотвратить окисление как алюминия, так и углерода.

Тепловые и электрические свойства материала, как и ожидалось, улучшились. Кроме того, новая технология позволила снизить температуру в печи на 100 °C.

Неожиданным бонусом оказалась поразительная чернота продукта. Эксперты пока не могут точно определить механизм, который за неё отвечает.

"Известно, что леса различных сортов углеродных нанотрубок чрезвычайно чёрные, но отсутствует понимание механизма, делающего этот материал самым чёрным. Он требует дальнейшего изучения", – констатирует Уордл.

Как бы ни объяснялось это любопытное свойство, оно может быть очень полезным. Инженерам часто нужно защитить чувствительный сенсор от постороннего излучения. Например, космический телескоп, отыскивающий планеты методом транзитов, должен различать тончайшие вариации в блеске звезды. Этим наблюдениям мешают побочные источники света. Материал, поглощающий ненужное излучение, мог бы очень облегчить жизнь астрономам.

Очень удачно, что новый материал, в отличие от аналогов, достаточно прочен, чтобы выдержать космический запуск.

Ещё одна сфера возможного применения "аттракциона невиданной черноты" – искусство. Так, на выставке, проходящей на Нью-Йоркской фондовой бирже, был открыт экспонат под названием "Освобождение от тщеславия" (The Redemption of Vanity).

Зрителям демонстрируется натуральный бриллиант весом 16,78 карата и стоимостью два миллиона долларов США (более 128 миллионов рублей по текущему курсу). Его накрывают тонким слоем нового материала, и сияющий камень исчезает, превращаясь в чёрную пустоту.

К слову, Уордл и Цуй подали заявку на патент своего изобретения, но оговорили, что его можно свободно использовать для создания произведений искусства в некоммерческих целях.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о материале, обманывающем инфракрасные камеры, а также о веществе с рекордной люминесценцией.