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就像盯著黑洞看:地表最黑材料「奈米碳管黑體」

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編譯 / 許瑞福(台大電機系雙主修哲學,人文與科學的兩棲類)   編輯 / y編

逍遙自在的油漆工思想大家莊子曾經寫下:「人皆知有用之用,而莫知無用之用也。」看看這塊黑漆漆的東西,你不禁懷疑:「這到底有什麼用啊?」這時候,發明它的科學家們肯定會跳出來說:「你這不識貨的傢伙!」

在英國南方一座不顯眼的工業區,科學家們用奈米碳管做出了一種新材料,這種材料就像黑洞一樣黑,因以為號曰:「奈米碳管黑體」(Vantablack)!

奈米碳管黑體能吸收99.965%的入射光,你幾乎看不見它,只能見到的這團黑漆漆的東西周圍的空隙,然後推測那裡應該有些什麼東西。奈米碳管黑體的第一批顧客來自國防與航太部門,它被用來製作需要匿蹤的飛行器、武器,或是敏銳的天文望遠鏡,可以防止雜散光的進入。

奈米碳管黑體是由鋁箔上的奈米碳管所構成。薩里奈米系統(Surrey NanoSystems)這家公司費了九牛二虎之力才開發出來,因此將它視為商業機密,相關的細節外人難以窺探。不過從奈米碳管黑體的名字中也許藏有蛛絲馬跡,因為「Vanta」意指垂直對齊的奈米碳管陣列(vertically aligned carbon nanotube arrays)。而薩里奈米系統公司,最在行的正是低溫原子沉積製程(low-temperature atomic deposition processes),所以很可能是利用原子層沉積(atomic layer deposition)或化學氣相沉積(chemical vapor deposition)將奈米碳管沉積於鋁箔基質上。

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除了在《Optics Express》這份期刊上以外,還能從這篇論文中找到一些蛛絲馬跡,這份論文主要在討論這種材料是否能夠用在航空領域上。

先前奈米碳管的相關研究指出,如果將垂直對齊的奈米碳管排列緊密,光會進得來但出不去。奈米碳管(如同石墨烯)是吸收光線絕佳的材料,輻射線射入材料時,會在材料上反覆彈跳並吸收殆盡,幾乎沒有輻射可以逃脫出去。由於有相似的特性,石墨烯也被寄望用來製作超敏銳成像感測器

這是奈米碳管黑體在顯微鏡底下的樣子,垂直緊密排列的奈米碳管。

這是奈米碳管黑體在顯微鏡底下的樣子,垂直緊密排列的奈米碳管。

奈米碳管黑體可以吸收99.965%的入射光,也就是說只有0.035%的光被反射出來。薩里奈米系統公司並沒有清楚指出吸收頻率的波段,但我們從之前的研究可以得知,奈米碳管具有驚人的吸收光譜頻寬-從紫外線、可見光、紅外線到微波,因此奈米碳管黑體是匿蹤飛行器、武器以及其他軍用設施最棒的材料。除此之外,它也用來放置於望遠鏡與其它成像裝置的內部,吸收環境散亂的光線來提高解析度與觀測範圍。

公司的技術長Ben Jensen說:「很難用言語描述這個材料,因為你根本無法『真的』看到它。即便你把奈米碳管黑體彎曲或弄皺,它看起來仍然是平的。」、「彎曲或弄皺奈米碳管黑體後,你以為能夠看見像山丘一般的高低起伏,但事實上你還是只能看到黑黑一片,就像根本沒有任何東西存在。這感覺實在是太奇怪了!」

一位未曾參與過研究的英國教授Stephen Westland則說:「這些新的材料,根本就像是黑洞!」也因為它黑的像黑洞一樣的特性,藝術家Sir Anish Kapoor也利用它來進行創作。

薩里奈米設備公司表示,首批奈米碳管黑體訂單已經出貨,目前也正在擴大生產,以便能滿足在國防及太空領域的所有初期客戶需求。NASA也曾開發出一種非常似的材料稱為「super-black」,但並沒有提及是否可以量產。目前NASA的天文望遠鏡的內部只用了黑色塗料覆蓋,而非使用NASA開發的super-black材料。(延伸閱讀:史蒂芬‧霍金的新研究-不存在黑洞

讓我們期待一下,很可能不久之後就可以看到真正的隱形飛機或是坦克,明明從身邊開過去卻什麼都見不到!

 參考資料:

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