| | 28 октября 2015 | Новости науки и техники
Ученые создали «самый черный» материал на сегодняшний день
Группа исследователей из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (King Abdulla University of Science and Technology), Саудовская Аравия, создала материал, который является самым черным материалом среди всех подобных материалов, когда-либо созданных людьми. И идея создания такого материала была почерпнута у живой природы, в частности, из особенностей строения покрытия жука вида cyphochilus, который, как это ни парадоксально, имеет покрытие чисто белого цвета.
Исследователи отмечают, что создание идеального черного материала, который поглощает весь падающий на него свет полностью, принципиально невозможно. Однако, некоторые искусственные материалы могут иметь коэффициент поглощения, приближающийся к 100 процентам и такие материалы могут стать основой нового класса оптических устройств, систем сбора, преобразования солнечной энергии и т.п.
Следует отметить, что ученым уже удавалось при помощи леса углеродных нанотрубок создать черные материалы с коэффициентом поглощения, близким к идеальному. Однако, изучив особенности строения поверхности покрытия жука cyphochilus, ученые разработали новую структуру поверхности светопоглощающего материала. Оказывается, поверхность жука имеет особую фотонную структуру, которая позволяет эффективно отражать свет практически во всем видимом диапазоне. Ученые взяли эту идею и перевернули ее «с ног на голову», создав условия для максимально эффективного поглощения света во всем диапазоне.
Эта поверхность покрыта множеством наночастиц, диаметром около 30 нанометров, которые крепятся к ней при помощи «ножки», в качестве которой выступает наночастица еще меньшего размера. Эти частицы расположены на поверхности совершенно хаотичным образом и они формируют множество своего рода «потенциальных ям», ближайшим физическим аналогом которых является волновод или световод бесконечной длины. Энергия фотона, попавшего в такую яму, поглощается полностью, а большое количество этих ям определяет высокий коэффициент поглощения поверхности в целом.
В результате поверхность, покрытая такими наночастицами, способна поглощать 98-99 процентов света в диапазоне от 400 до 1400 нанометров независимо от угла падения, поляризации и других параметров. И это означает, что она способна поглотить на 26 процентов больше света, нежели любой другой из известных сверхчерных материалов, имеющих более высокий показатель коэффициента поглощения, но работающих, как правило, в более узком диапазоне.
Следует отметить, что, несмотря на достаточно сложную структуру поверхности, такой материал может быть достаточно просто изготовлен в больших количествах при помощи современных методов нанопроизводства. Кроме этого, такой материал будет одинаково хорошо работать и на воздухе и в жидкости, что позволит максимально использовать его эффективность в установках по опреснению воды. А использование такого материала в оптических устройствах и солнечных коллекторах не только позволит увеличить эффективность, это сможет стать основой совершенно новой конструкции таких устройств.
