Φτιάχτηκε το μελανότερο μαύρο

Από σελίδα του NewScientist, 6 Φεβρουαρίου 2003

Ερευνητές έχουν δημιουργήσει το μελανότερο μαύρο που έχει φτιαχτεί ποτέ πάνω στη Γη, ρίχνοντας μια γυαλισμένη μεταλλική επιφάνεια στο νιτρικό οξύ για μερικά δευτερόλεπτα.

Αυτό το νέο υπέρ-μαύρο επίστρωμα, που παράγεται από τον Richard Brown και τους συναδέλφους του στο Βρετανικό Εθνικό Εργαστήριο Φυσικής (NPL), σχεδιάζεται για να φέρει επανάσταση στην κατασκευή των οπτικών οργάνων.

Ανακλά 10 έως 20 φορές λιγότερο φως από το συνηθισμένο μαύρο χρώμα, που χρησιμοποιείται αυτήν την περίοδο για να μειώσει τις ανεπιθύμητες αντανακλάσεις στα όργανα. Και αυτό σημαίνει το υπέρ-μαύρο επίστρωμα μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση των λήψεων του Hubble, λέει ο Nigel Fox, ο επικεφαλής της ομάδας στο οτικό τμήμα του NPL.

Η ιδέα της παραγωγής του πιο μελανού μαύρου με χημική εγχάραξη ενός κράματος νικελίου-φωσφόρου ξεκίνησε πριν 20 χρόνια. Αλλά οι πρώτες προσπάθειες για την εγχάραξη στο παραπάνω κράμα, που είναι καλύτερο στην απορρόφηση του φωτός από το μαύρο χρώμα, δεν έδωσε αποτελέσματα. Τώρα όμως χρησιμοποιώντας πολλές διαφορετικές διαδικασίες χαρακτικής, και μεταβάλλοντας τη σύνθεση του κράματος με εκατοντάδες δοκιμές, το NPL έχει φτάσει στην κρίσιμη σημαντική ανακάλυψη.

Σταλαγμίτες και κρατήρες

Εικόνα της επιφάνειας με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Φαίνονται οι κυρτοί μικροκρατήρες.

Από την εξέταση της επιφάνειας εκατοντάδων επιφανειών κραμάτων κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το NPL έχει ανακαλύψει κάτι, που οι προηγούμενοι ερευνητές απέτυχαν. Έχει αναπτύξει μια τεχνική δύο σταδίων που παράγει αυτό το υπέρ-μαύρο χρώμα.

Στο πρώτο στάδιο ένα αντικείμενο, το οποίο θα χρωματιστεί, βυθίζεται για πέντε ώρες σε ένα διάλυμα θειικού νικελίου και του φωσφορώδους νατρίου. Αυτό παράγει ένα επίστρωμα νικελίου και φωσφόρου, που περιέχει μεταξύ πέντε και επτά τοις εκατό φωσφόρου. Ύστερα η επιφάνεια χαράζεται με νιτρικό οξύ για να παραγάγει αυτή υπερ-μαύρη επιφανειακή δομή.

Μια από τις κρίσιμες ανακαλύψεις, λέει ο Brown, ήταν πώς το ποσοστό του φωσφόρου στο επίστρωμα νικελίου είχε επιπτώσεις στην επιφάνεια μετά από τη χαρακτική. Ένα ηλεκτρονικό μικρογράφημα της επιφάνειας ενός κράματος, που περιέχει περισσότερα από 8% φωσφόρου,  μοιάζει σαν ένα σύνολο σταλαγμιτών.

Αλλά εάν το περιεχόμενο του φωσφόρου είναι γύρω στο 6% η επιφάνεια φαίνεται σαν να έχει ένα σύνολο μικροκρατήρων. Οι κυρτοί κρατήρες αντανακλούν λιγότερο φως, από όσο οι μικροσταλαγμίτες, έτσι το υπερμαύρο ανακλά το μισό φως απ' όσο οι επιφάνειες με πολύ φώσφορο.

Σωστή γωνία

Ο υπερμαύρο είναι ειδικά αποτελεσματικό να απορροφήσει το φως που πέφτει πάνω του διαγωνίως. Με την πηγή φωτός σε σωστή γωνία το επίστρωμα του υπερμαύρου ανακλά λιγότερο από 0.35%. Το μαύρο χρώμα, για σύγκριση, ανακλά περίπου 2.5%, ή επτά φορές περισσότερο. Με την πηγή του φωτός διαγωνίως, σε 45°, το μαύρο ανακλά 25 φορές περισσότερο φως απ' ό.τι το υπερμαύρο.

Ο Brown λέει ότι μια μεγάλη γκάμα υλικών μπορεί να επικαλυφθεί με το υπερμαύρο, συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων και των κεραμικών. Και αντίθετα από κάποια μαύρα χρώματα το ειδικό αυτό επίστρωμα δεν θα δημιουργήσει ρωγμές στις κρυογονικές θερμοκρασίες, που χρησιμοποιούνται σε μερικά διαστημικά όργανα, όπως αυτά που παρακολουθούν τη γήινη ακτινοβολία για να ελέγχουν τη παγκόσμια θέρμανση. Όμως αυτό το υπερ-μαύρο κράμα είναι αρκετά εύθραυστο και μπορεί εύκολα να γρατσουνιστεί.

Μια από τις πρώτες εφαρμογές του επιστρώματος, λέει ο Fox , είναι πιθανό να είναι στους ιχνηλάτες των οδηγών-αστέρων, οι οποίοι βοηθούν το διαστημικό σκάφος να διατηρήσει τη θέση του στον ουρανό. Μια από τις πιο ενδιαφέρουσες εφαρμογές για το νέο μαύρο εκτός από τις διαστημικές και οπτικές εφαρμογές μπορεί να είναι η Τέχνη. Διάφοροι καλλιτέχνες έχουν εκφράσει την επιθυμία να χρησιμοποιήσουν το νέο υλικό. "Όταν κοιτάζετε πάνω στο νέο Μαύρο, είναι μια απίστευτα όμορφη επιφάνεια. Είναι όπως το μαύρο βελούδο", λέει χαρακτηριστικά ένας ερευνητής του NPL.