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身披碳纳米管的汽车长什么样?

发布时间: 2020-05-11 16:11:48   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

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在德国法兰克福车展上,宝马公司亮相了一款特别版车型VBX6,也就是宝马官方正式发布的“联名款”X6。你会发现这台X6非常的黑,没错,黑就是这款车的亮点了。这款VBX6使用了纳米漆面材料,是世界上第一款也是唯一一款采用了Vantablack纳米漆面的车,那么这种材料究竟什么来头呢?Vantablack碳纳米管黑体能够吸收99.965%的可见光,是世界上已知的最黑的物质之一。它的特点就是在背景色下能够3D变2D,让你以为是P上去的黑色。以后提起黑车,记得VBX6才是终极无敌黑。宝石黑、炭黑色、喷气黑见到这个碳纳米管黑体都黯然失色,而身披碳纳米管黑体车漆的全新X6更是“霸气侧漏”。那么,真正考验你对黑色是否是真爱的时刻到了,这么“黑”的车,你会选择吗?

这场黑暗搜寻还是大约10年前在空间领域率先开始的。这源自美国国家航空航天局天文学家的诉求。他们使用的太空望远镜碰到了大麻烦:晕光。当文学家想要观察远方十分微弱的信号时,同时会截获更明亮的天体释放的信号,经常受到干扰。哈勃太空望远镜的情况尤为典型。科学家在光学部件周围涂上名为Z306的黑色涂料,它能有效吸收光线,但结果还是不尽如人意。于是,研究人员想要发明一种更黑的材料,更好地抑制光干扰,只有这样,才能看清耀眼恒星周围的行星,还有地球上明亮冰面旁那些昏暗的洋面。

在美国、中国、日本、沙特阿拉伯、欧洲,有十几支团队正在投入一场全新的极限竞赛:寻找一种类似物理学所谓黑体的纯黑材料。纯黑的材料,是因为它吸收了射入的所有光线,一丝一毫没有反射出去。这听起来似乎很无聊,但是它是理想的军事伪装涂层(尤其是战斗机);它能吸收所有光子,可用于制造高效的太阳能面板。在实际用途中,这种材料可以改进光学仪器的灵敏度,供天文摄影机、望远镜以及红外线扫描系统使用,它减少散光的能力,将提高天文望远镜观看最暗恒星时的“视力”,并能校准可用于拍摄宇宙最古老物质的相机,因为拍摄此类照片时,需把照相机对准尽可能黑的物质。关于材料和光之间的相互作用还有许多谜团。或许有一天,这场探索能帮助我们能理解物质怎样在原子层面对光线产生细微影响,以及它们如何互相影响,各自又是如何在对方影响下产生变化的。

研究人员很快意识到,仅仅在材料的化学组成上做文章是无法得到绝对的黑——传统的黑色涂料最多只能吸收90%的光线。必须找到一种纳米结构,充分利用它的几何和机械特性来捕获更多的光子。研究方向很快确定:碳纳米管。碳纳米管当时因导电性能而声大噪,几何和光学特性反被忽略。简直是大错特错!科学家意识到,这种材料用来吸收光线是最好不过了。碳纳米管粗细只有我们头发丝的十万之一,组成长度只有14毫米。研究人员将碳纳米管平行排列,组成99%中空的片状材料。光子落在材料上,迷失在碳纳米管之间,找不到出路,因为几乎没有可供反射的物质。一旦进入,几乎所有的光都会在其中弹跳直到被吸收。它足足能吸收99.965%的光线——从紫外线到红外线,当然还包括整个可见光谱。如果用它做成面具,在黑夜中完全可以达到隐身的效果。如此便可捕获大量光线。经证实,这种覆盖层的吸光效果比Z306要好得多!这场牛刀小试激起了其他团队的斗志,他们尝试改变纳米管的排列方式。

最近,中美科学家发文称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,是迄今为止最黑的材料。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。研究人员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。但让CNT在铝上生长遇到了麻烦:铝暴露于空气中会被氧化,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改善。于是,研究人员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,研究人员注意到氯离子会侵蚀铝的表面并溶解其氧化层。如果把铝箔浸泡在盐水中,可以去除氧化层。然后,他们将铝箔转移到无氧环境中,防止其再氧化;最后,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,能在更低温度下(否则需要100℃左右)让CNT在铝上生长。他们发现,CNT与铝的“联姻”显著提高了材料的热学和电学性能。最令研究人员吃惊的是得到的新材料极黑,对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%。目前还不能完全确定新材料为何会如此,但研究人员推测这可能与有点发黑的蚀刻铝与CNT相结合有关。他们认为,碳纳米管可以捕获大部分入射光并将其转化为热,反射回去的光微乎其微,因此碳纳米管具有特别的黑色。他们计划做进一步研究,以厘清新材料为何如此黑。