Светопоглощающий материал: Светопоглощающий материал — патент | ИСТИНА – Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных

Черные светопоглощающие краски

24 октября 2019 в 17:12:12 Комментарии : Просмотров: 4397

Для того, чтобы изображение стало более четким, а естественное освещение не мешало воспринимать информацию с монитора, владельцы AV-технологий прибегают к помощи черных красок. Они создают небольшие рамки по периметру экрана или проекционной доски, которые поглощают солнечные лучи.

Существует ли «супер черная краска»?

Классические рыночные краски плохо поглощают свет и не всегда могут справиться с бликами, по этой причине их использование постепенно отходит на второй план. Сегодня, благодаря стараниям ученых, разработана особая технология, способная поглощать почти 100% попадающего на нее света, а заодно радио- и микроволн.

Вертикально расположенные, мельчайшие нанотрубки «теряют» внутри себя все поступающие фотоны, из-за этого человеческий глаз не видит ничего, кроме черной пустоты.

Даже уголь, который считается наиболее темным природными материалом, проигрывает по уровню светопоглощения. Эффект по достоинству оценили специалисты из разных сфер, начиная от космоса и заканчивая искусством.

Доступные поглощающие краски

В 2014 году изобретение было новаторским, сейчас испробовать такой продукт могут все желающие. Цена начинается от 50$ за баночку. Наиболее популярными товарами являются:

• Ultra Black Screen Border – применяется для проекционных поверхностей, отличается 98%-й поглощаемостью;
• Singularity Black LT – универсальный спрей американского производства, абсорбирует 98.75% лучей;
• Vantablack – вещество, которое надежно удерживает 99.965% поступающих фотонов.

Производство продолжается и компании наперебой стараются создать материал, способный поглотить еще больше света.

Области применения

Светопоглощающие краски используются буквально на каждом шагу. В одних случаях их применяют для удовлетворения эстетических потребностей, в других – с практичной целью.

1. В учебных и научных заведениях можно создать абсолютно черные тела, чтобы решать физические и оптические задачи. Например, вещество весьма достоверно имитирует физику черного тела..
2. Вокруг экранов и панелей при помощи краски создается темная рамка, которая выравнивает проекционное изображение, делает картинку более контрастной.
3. В самолетах и транспортных средствах вещество наносят на приборные панели и кокпиты, чтобы исключить попадание солнечных бликов от панели и отражения от лобового стекла. Подобный подход повысит безопасность пилотов, водителей и пассажиров.
4. Создаются более эффектные рекламные инсталляции, они выделяются среди сверкающих аналогов и более точно могут воспроизвести достоинства и скрыть недостатки товара.
5. В развлекательных центрах и парках аттракционов можно покрасить стенды или создать специальные декорации. Например, в павильонах комнат ужасов.
6. Мощные телескопы и камеры с инфракрасным излучением тоже красят в светопоглощающий материал, это повышает качество и четкость получаемой картинки.
7. В ракетостроении вещество собираются использовать как покрытие кораблей, с целью защитить персонал от воздействия солнечной радиации.
8. В театральных и кинозалах возможно создать темное пространство за сценой, которое не будет бликовать и переотражать идущий от ламп свет в глаза зрителей. Таким образом получится минимизировать отвлеченность людей от просмотра.
9. Можно использовать в личных целях в качестве покраски элементов интерьера, техники и автомобиля.

Поглощающие свет краски давно перестали быть эксклюзивными товарами, ими могут воспользоваться компании из любых сфер.

Светопоглощающий материал

Изобретение может быть использовано в качестве абсолютно черного тела в измерительной технике, теплотехнике и теплофизике. Светопоглощающий материал, полученный без вспомогательных подложек методом CVD, содержит пучки мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм, обладает способностью к формованию в ленты толщиной не менее 2 мм и плотностью 0,4 г/см³ с коэффициентом светопоглощения около 99,9%. 9 ил., 4 пр.

.

 

Изобретение относится к углеродным материалам, в частности к углеродным нанотрубкам, которые могут быть применены в качестве абсолютно черного тела в областях измерительной техники, теплофизике и теплотехнике.

Светопоглощающий материал в качестве абсолютно черного тела в основном применяют в области измерительной техники, в частности при измерениях фотометрических характеристик в теплофизике и теплотехнике. Так, например, известны (ГОСТ 7601-78) способы определения коэффициентов теплового излучения измеряемого образца по соотношению измеренного теплового излучения исследуемого образца и измеренного теплового излучения светопоглощающего материала, нагретого до той же температуры, что и измеряемый образец. Для этого измеряют тепловое излучение нагретого до определенной температуры образца. Доводят светопоглощающий материал до этой же температуры и измеряют его тепловое излучение. Коэффициент излучения измеряемого образца получают разделив показание теплового излучения, нагретого до определенной температуры образца, на показание теплового излучения светопоглощающего материала.

Понятие «абсолютно черное тело» является абстрактным, поэтому часто применяются модели абсолютно черного тела. Существует ряд патентов, связанных с разработкой и применением модели абсолютно черного тела (МЧТ).

Изобретение патента RU 2148801, МПК G01J 5/02 от 25.08.1998, относится к технической физике в части создания модели черного тела, используемой в качестве эталонного источника излучения в пирометрических, фотометрических и радиометрических комплексах при температурах 2500-3200 K. Такая модель черного тела содержит излучающую и вспомогательную полости, образованные набором пирографитовых колец, которые имеют токоподводы. Подвижный токоподвод содержит подпружиненный пружиной подвижный цилиндр с гибкими токопроводами, связанными с торцом камеры МЧТ. Другой торец камеры является вторым токоподводом. Также дополнительно введена камера, которая закрывает конец цилиндра. Камеры имеют единый газовый объем. Кольца в наборе имеют увеличивающиеся от кольца к кольцу от середины набора электросопротивления. Крайние значения сопротивлений к серединному не превышают величины два. Набор колец окружен тепловым экраном, выполненным из пирографита на стороне, обращенной к набору колец.

Недостатком способа является весьма сложная конструкция, включающая применение дополнительной камеры, которая примыкает к торцу водонеохлаждаемой части основной камеры, образует с основной камерой единый газовый объем и охватывает выступающий из основной камеры противоположный кольцам конец подвижного цилиндра токоподвода, при этом торец, к которому примыкает дополнительная камера, необходимо электрически изолировать от обеих камер. Кроме того, пирографитовые кольца должны обладать разным электросопротивлением, где электрическое сопротивление каждого кольца относительно соседнего увеличивается от кольца к кольцу по мере удаления кольца от середины набора к его концам, причем отношение значений сопротивления каждого из крайних колец к серединному кольцу не больше двух, что также усложняет сборку модели черного тела.

В патенте RU 2132549, МПК G01N 25/18 от 20.01.1998, описано изобретение для расчета теплофизических параметров, сущность которого заключается в том, что проводится предварительный нагрев до заданной температуры модели абсолютно черного тела, образованного двумя идентичными параллельно расположенными плоскими образцами совместно с боковыми и внутренними секционированными экранами, путем пропускания через образцы одинаковых электрических токов, измеряют силу токов и падения напряжения в центральной зоне каждого из образцов, температуры внешней поверхности одного образца и внутренней поверхности второго образца, производят импульсное тепловое воздействие на внешнюю поверхность одного из образцов, одновременно регистрируя температуру противоположной поверхности этого же образца и, используя эти данные, рассчитывают такие параметры, как коэффициенты температуро- и теплопроводности, удельную теплоемкость, спектральную и интегральную степень черноты, удельное электросопротивление.

Недостатком предложенного способа является достаточно сложная конструкция устройства, требующая использования идентичных по толщине и плотности, параллельно расположенных образцов, постоянный контроль температуры внутренней и наружной поверхности образцов фотопирометрами.

В патенте RU 2438103 С1, МПК G01J 5/08, G01K 15/00 от 16.06.2010, описано изобретение устройства, которое может быть использовано для калибровки многоканальных пирометров. Недостатком данного устройства является сложность конструкции: устройство содержит модель абсолютного черного тела в виде электропечи с излучателем, установленную на основании, программный регулятор температуры, термопару регулирования температуры полости излучателя электропечи, поворотный котировочный механизм, усилитель фотосигналов и компьютер. Компьютер электрически связан с поворотным котировочным механизмом и усилителем фотосигналов. Калибруемый пирометр скрепляют с котировочным механизмом и фиксируют на основании, которое сопряжено с выходным отверстием модели абсолютно черного тела.

Для создания моделей абсолютно черного тела наиболее перспективно использовать углеродные материалы, такие как графит или углеродные нанотрубки (УНТ).

В патенте US 9086327, МПК G01J 5/52, G01K 15/00 от 15.05.2013, описаны устройство и способ калибровки датчиков при помощи тонкой пленки из УНТ. Недостатком данного устройства также является сложность конструкции: напряжение подают на первый слой из УНТ для получения первой температуры первого слоя УНТ. Теплопроводный слой используют для обеспечения равномерного распределения температуры, связанной с температурой первого слоя УНТ, путем сглаживания пространственной вариации первой температуры. Второй слой УНТ обеспечивает равномерность распределения температуры и испускает первый спектр излучения черного тела для калибровки датчика. Устройство может быть использовано, чтобы излучать второй спектр излучения черного тела путем изменения приложенного напряжения. Следует отметить, что в патенте не указаны толщины пленок из УНТ.

Также в патенте US 9459154, МПК G01J 3/10 от 19. 03.2015, описаны устройство, способ и тонкопленочная структура для получения спектра абсолютно черного тела. Недостатком патента является сложность и трудоемкость способа: напряжение подают на первый слой из УНТ для получения первой температуры данного слоя УНТ. Первый слой устройства выполнен с возможностью генерирования тепла в ответ на приложенное напряжение. Второй слой выполнен с возможностью получения спектра излучения черного тела в ответ на тепло от первого слоя. Слой термического расширения, расположенный между первым и вторым слоем, содержит графеновый лист для уменьшения пространственной вариации теплоты в плоскости теплового слоя. В патенте не указаны толщины пленок из УНТ, закрепления графенового листа.

В патенте RU 2503103 C1, МПК H01Q 17/00, B32B 27/00, B32B 27/06, C09D 5/32, B82B 3/00 от 27.12.2012, описано изобретение, которое относится к способу изготовления поглощающего покрытия. Такое покрытие обеспечивает поглощение в инфракрасном диапазоне длин волн для создания эталонов абсолютно черного тела в имитаторах излучения для аппаратуры дистанционного зондирования Земли со стабильными характеристиками. Способ изготовления такого покрытия является весьма трудоемким, что является его недостатком, представляет собой формирование на пластине-носителе последовательно адгезионного слоя. Для этого методом центрифугирования или полива с последующей сушкой из раствора пиромилитового диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе получают полиимидный слой с УНТ. На высушенном слое формируют методом центрифугирования или полива слой из дисперсии УНТ в полярном растворителе: диметилформамиде или диметилацетамиде. После чего проводят сушку и термоимидизацию полиимидного слоя с УНТ и с УНТ, полученными из дисперсии и внедренными частично в растворенный приповерхностный слой полиимида. Затем на слое из УНТ, внедренных и выступающих из полиимидного слоя, прошедшего термоимидизацию, формируют упрочняющий и поглощающий слой из нитрида кремния методом плазмохимического осаждения. Таким образом, получают воспроизводимый и стабильный во времени процесс изготовления покрытия с высокой поглощающей способностью инфракрасного излучения, работающего в широком диапазоне температур.

В патенте US 8895997, H01L 51/50, B82Y 30/00, H01L 51/52, H01L 29/26, H01K 1/06, H01L 27/15, H01L 51/00, B82Y 20/00, H01K 3/02, H01L 31/12, H01L 33/04, B82Y 10/00, H04B 10/80, H01L 33/00, H01K 1/10 от 28.04.2010, описано устройство светоизлучающих приборов с применением УНТ. Металлические УНТ, расположенные между электродами, генерируют тепло при прохождении тока к электродам и излучают световое излучение от черного тела таким образом, что излучаемый свет имеет широкий диапазон длин волн и может быть модулирован с высокой скоростью. Это дает возможность реализовать источник света непрерывного спектра, который можно модулировать с высокой скоростью, подходящей для использования в информационном сообщении, в области электроники. Недостатком данного устройства является необходимость применения подложки для УНТ, чтобы излучение, генерируемое УНТ, было в направлении, перпендикулярном к поверхности подложки.

В заявке на патент US 20090126783 A1, МПК G02B 5/22, H01L 31/00, B05D 5/06 от 12. 11.2008, которая является прототипом данного патента, описано устройство оптического поглотителя, которое включает в себя покрытие, состоящее из вертикально ориентированных УНТ с ультранизким коэффициентом отражения менее 0,16% и эффективностью поглощения более чем 99,84%. Покрытие состоит преимущественно из УНТ, а также содержит углеродные нанопроволоки (carbon nanowires) и нанорожки (carbon nanohorn). Трубчатые наноструктуры имеют очень высокое аспектное соотношение, обычно больше чем 10000. Данное покрытие на подложке получают методом химического осаждения из газовой фазы CVD (Chemical vapor deposition).

С помощью электронно-лучевого испарителя наносят депозит адгезионного слоя алюминия толщиной 10 нм и слой катализатора, активного компонента частиц железа, толщиной от 1 нм до 5 нм на поверхность кремниевой пластины. Подложку помещают в CVD-реактор. Этилен используют в качестве источника углерода, а 15% смесь водорода и аргона в качестве реакционного газа. К моменту, когда температура в реакторе достигает примерно 750-800°C, поток газа устанавливают через CVD-реактор со скоростью около 300 мл/мин. После того, как температуру CVD-реактора стабилизировали, скорость потока газа поднимают до 1300 мл/мин, второй поток инертного газа пробулькивают через воду при комнатной температуре со скоростью 80 мл/мин, одновременно с этим запускают этилен со скоростью 100 мл/мин. Варьируя время синтеза от 5 с до 30 мин получают покрытие из УНТ с толщиной от 10 до примерно 800 мкм, т.е. покрытие из УНТ толщиной, например, до нескольких миллиметров могут достигать благодаря более длительному времени получения. Реактор охлаждают до комнатной температуры в атмосфере инертного газа. Плотность полученных УНТ составляет 0,01-0,02 г/см³. Просвечивающая электронная микроскопия показала, что преимущественно состоит из многостенных УНТ, а в случае использования слоя катализатора-железа с толщиной около 1,5 нм образуются в основном двустенные УНТ. Показатель преломления и константы поглощения полученных УНТ контролируют независимо друг от друга изменением расстояния между УНТ и их диаметром.

Задачей заявленного технического решения является получение светопоглощающего материала из пучков мало- и многостенных углеродных нанотрубок, полученных методом CVD, с повышенным коэффициентом светопоглощения, а также расширение технического применения данного материала в области технической физики и измерительной техники.

Для решения поставленной задачи предлагаем светопоглощающий материал в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок, полученных без применения вспомогательных подложек методом CVD.

Углеродные нанотрубки получают методом CVD в газовой фазе при атмосферном давлении с использованием активного компонента — ферроцена в атмосфере водорода на лабораторной установке с проточным кварцевым CVD-реактором горизонтального типа, схема которого представлена на фиг.1.

Условия получения светопоглощающего материала, такие как температура получения, скорость подачи реакционных газов, отсутствие подложки, отличаются от условий прототипа. Различия в изменении таких параметров (температура получения и скорость подачи реакционных газов) необходимы ввиду отличного способа подачи активного компонента при получении. В прототипе активный компонент нанесен на подложку, в предлагаемом техническом решении проводят получение материала с активным компонентом в газовой фазе. Высокая светопоглощающая способность получаемого материала связана с некаталитическим образованием латеральных отложений углерода в виде хаотично ориентированных фрагментов графена.

Совокупный набор оптимальных значений параметров, таких как состав и расход реакционной смеси газов, в том числе водорода, температура и продолжительность процесса, позволяет достигнуть поставленную цель и получить светопоглощающий материал, состоящий из пучков мало- и многостенных углеродных нанотрубок, обладающий способностью к формованию в ленты.

На фиг. 1-9 приведены схема и фотографии, поясняющие заявляемое изобретение:

на фиг. 1 приведена схема проточного кварцевого CVD-реактора горизонтального типа для получения светопоглощающего материала. Цифрами обозначены основные элементы: 1 — трубка подачи газов, 2 — высокотемпературная печь, 3 — термопара в алундовом чехле, 4 — реактор из кварцевой трубы;

на фиг. 2 приведена фотография светопоглощающего материала, полученного в примере 1;

на фиг. 3 приведена микрофотография (увеличение ×20000), полученная с помощью растрового электронного микроскопа, светопоглощающего материала, полученного в примере 1;

на фиг. 4 приведена фотография светопоглощающего материала, полученного в примере 2;

на фиг.5 приведена микрофотография (увеличение ×20000), полученная с помощью растрового электронного микроскопа, светопоглощающего материала, полученного в примере 2;

на фиг. 6 приведена фотография светопоглощающего материала, полученного в примере 3;

на фиг. 7 приведена микрофотография (увеличение ×20000), полученная с помощью растрового электронного микроскопа, светопоглощающего материала, полученного в примере 3;

на фиг. 8 приведена фотография светопоглощающего материала, полученного в примере 4;

на фиг. 9 приведена микрофотография (увеличение ×20000), полученная с помощью растрового электронного микроскопа, светопоглощающего материала, полученного в примере 4.

Светопоглощающий материал в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок получают методом CVD в газовой фазе на лабораторной установке с проточным кварцевым CVD-реактором горизонтального типа, схема которого представлена на фиг. 1. Получение светопоглощающего материала проводят при атмосферном давлении с использованием летучего активного компонента — ферроцена в атмосфере водорода.

Светопоглощающий материал в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок получают при следующих условиях:

— Состав смеси реакционного раствора с активным компонентом: 96.5 вес. % этанол, 2.0 вес. % тиофен, 1.5 вес. % ферроцен.

— Расход реакционного раствора 1 мл/мин.

— Расход газа-носителя водорода 500-1100 мл/мин.

— Температура получения 1000-1100°C.

— Продолжительность процесса получения 30 мин.

Перед началом получения реактор (4) и подводящие к нему магистрали предварительно вакуумируют с помощью форвакуумного насоса с последующей продувкой через трубку подачи газов (1) аргоном в течение 20 минут с расходом 500 мл/мин, после чего подают водород с расходом 500 мл/мин и повышают температуру печи (2) до 1000-1100°C. Постоянный контроль температуры в центральной зоне реактора осуществляют при помощи хромель-алюмелевой термопары, которая помещена внутрь алундового чехла (3). После стабилизации заданной температуры устанавливают расход водорода в интервале 500-1100 мл/мин, отключают подачу аргона в систему, подают реакционный раствор со скоростью 1 мл/мин. По завершении эксперимента через 30 мин прекращают подачу реакционного раствора и водорода, подключают подачу аргона.

В соответствии с литературными данными [1, 2, 3] и условиями синтеза, указанными в прототипе, а также с учетом максимально допустимой температуры эксплуатации кварцевого реактора, получение светопоглощающего материала в нижеследующих примерах проводят в интервале температур от 1000°C до 1100°C, скорость газа-носителя (водорода) — в интервале от 500 мл/мин до 1100 мл/мин. В зависимости от температуры и скорости газа-носителя изменяются характеристики получаемого продукта (диаметр нанотрубок, количество выровненных УНТ и др.).

Пример 1. Светопоглощающий материал (фиг. 2) в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок получают методом CVD с активным компонентом в газовой фазе на лабораторной установке с проточным кварцевым реактором горизонтального типа по методике, описанной выше. Температура получения в данном примере составляет 1100°С, скорость подачи водорода 1000 мл/мин. Описанным способом получают продукт, представляющий собой пучки углеродных нанотрубок длиною около 5 см, внешний диаметр нанотрубок составляет 4-17 нм (фиг. 3). Полученный светопоглощающий материал характеризуется тем, что представляет собой пучки из мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм. Светопоглощающий материал формуют в ленты толщиной не менее 2 мм и плотностью 0,4 г/см³, коэффициент светопоглощения составляет около 99,9% в диапазоне длин волн 1,5-20 мкм.

Пример 2. Светопоглощающий материал (фиг. 4) в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок получают, как в примере 1. Температура получения в данном примере составляет 1100°C, скорость подачи водорода 1100 мл/мин. Описанным способом получают продукт, представляющий собой пучки углеродных нанотрубок длиною около 5 см, внешний диаметр нанотрубок составляет 7-19 нм (фиг. 5). Полученный светопоглощающий материал характеризуется тем, что представляет собой пучки из мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм. Светопоглощающий материал формуют в ленты, как в примере 1, коэффициент светопоглощения составляет около 99,9% в диапазоне длин волн 1,5-20 мкм.

Пример 3. Светопоглощающий материал (фиг.6) в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок получают, как в примере 1. Температура получения в данном примере составляет 1100°C, скорость подачи водорода 500 мл/мин. Описанным способом в процессе получения получается продукт, представляющий собой пучки углеродных нанотрубок длиною около 5 см, внешний диаметр нанотрубок составляет 10-22 нм (фиг.7). Полученный светопоглощающий материал характеризуется тем, что представляет собой пучки из мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм. Светопоглощающий материал формуют в ленты, как в примере 1, коэффициент светопоглощения составляет около 99,9% в диапазоне длин волн 1,5-20 мкм.

Пример 4. Светопоглощающий материал (фиг. 8) в виде пучков из мало- и многостенных углеродных нанотрубок получают, как в примере 1. Температура получения в данном примере составляет 1000°C, скорость подачи водорода 500 мл/мин. Описанным способом в процессе получения получается продукт, представляющий собой пучки углеродных нанотрубок длиною около 5 см, внешний диаметр нанотрубок составляет 12-28 нм (фиг. 9). Полученный светопоглощающий материал характеризуется тем, что представляет собой пучки из мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм. Светопоглощающий материал формуют в ленты, как в примере 1, коэффициент светопоглощения составляет около 99,9% в диапазоне длин волн 1,5-20 мкм.

Таким образом, светопоглощающий материал, получаемый методом CVD, представляет собой пучки мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм, который формуют в ленты толщиной не менее 2 мм и плотностью 0,4 г/см³, коэффициент светопоглощения составляет около 99,9% в диапазоне длин волн 1,5-20 мкм.

Получение данного материала не требует использования подложек, является упрощенным и ускоренным по сравнению с аналогами и прототипом.

Технический результат — материал, состоящий из пучков углеродных нанотрубок, полученный методом CVD без применения вспомогательных подложек. Данный продукт можно формовать в виде лент без применения сложного вспомогательного оборудования, коэффициент светопоглощения материала составляет около 99,9%.

Источники информации

1. Y. Sun, R. Kitaura, J. Zhang, Y. Miyata, H. Shinohara, Metal catalyst-free mist flow chemical vapor deposition growth of single-wall carbon nanotubes using C60 colloidal solutions // Carbon, v. 68, pp. 80-86 (2014).

2. M. Khavarian, S.-P. Chai, S.H.Tan, A.R. Mohamed. Floating catalyst CVD synthesis of carbon nanotubes using iron (iii) chloride: influences of the growth parameters // NANO: Brief Reports and Reviews, v. 4, №6, 359-366 (2009).

3. Q. Zhang. Carbon Nanotubes and Their Applications // Pan Stanford Series on Carbon-Based Nanomaterials, v. 1, p. 469 (2012).

Светопоглощающий материал, содержащий углеродные нанотрубки, отличающийся тем, что материал содержит углеродные нанотрубки в виде пучков мало- и многостенных углеродных нанотрубок с латеральными отложениями в виде хаотично ориентированных фрагментов графена с размером до 10 нм, обладающих способностью к формованию в ленты толщиной не менее 2 мм и плотностью 0,4 г/см³ с коэффициентом светопоглощения около 99,9%.

Краска которая поглощает свет — Дизайн мастер Fixmaster74.ru

DmitryCD › Блог › Самый черный BMW на земле: откуда он взялся и как это работает

Приветствую, уважаемые читатели!

Возможно, вы слышали о так называемом «сверхчерном» BMW X6, который баварцы показали на автосалоне во Франкфурте. Его называют первым в мире автомобилем, выкрашенным краской Vantablack и, соответственно, это сделало кросс-купе самой черной машиной на планете. Давайте разберемся, что это за Vantablack такой и зачем он нужен автопроизводителям.

Самая черная в мире краска разработана компанией Surray Nanosystems. Слово «нано» в ее названии имеется не зря, но об этом чуть позже. «Самой черной» краску Vantablack называют за умение поглощать 99% света, который падает на поверхность с этим покрытием. Вы же в курсе, что мы видим окружающий мир только потому, что все предметы отражают свет? Если предмет лишить возможности отражать, он превратится в черную дыру – что, собственно, и случилось с тем самым BMW X6.

Как этого удалось добиться? Субстанция (именно субстанция, а не цвет) Vantablack состоит из длинных нанотрубок, которые скроены из атомов углерода. Трубки в этой субстанции упорядочены параллельно друг другу и выстроены по ранжиру, создавая эдакий весьма протяженный (для наномира, конечно) частокол – ну, или поленницу, смотря с какой стороны взглянуть.

Бедный фотон света, попадая внутрь этой поленницы, буквально теряется. Он начинает многократно отражаться от стенок этих трубок, с каждым отражением теряя энергию, и в конце концов пропадает в бесконечном нанолесу, уже не возвращаясь наружу. Vantablack в прямом смысле поглощает свет, не выпуская его обратно. И да, применительно к BMW X6 логичнее употреблять выражение не «выкрашен краской», а «покрыт составом».

Из этого важного свойства Vantablack есть немало очевидных и не очень очевидных следствий. Любой предмет, покрытый таким составом, напрочь теряет способность к отражениям – именно поэтому Vantablack первоначально использовали для оптических и прочих измерительных штуковин на космических аппаратах – чтобы снизить вероятность различных помех и повысить точность систем слежения за глубинами пространства.

Отсутствие отражений способно сыграть с человеческим глазом дурную шутку: вполне материальный и объемный объект с таким покрытием визуально превращается в двухмерный. Глазу просто не за что зацепиться, чтобы определить форму «ультрачерного»: поэтому покрытые составом Vantablack предметы наше сознание воспринимает, как совершенно плоские.

Само собой, представители современного искусства, разнокалиберные инсталляторы и делатели перфомансов не могли пройти мимо такого чудесного подарка. Ан не тут-то было: один из самых известных современных художников Аниш Капур вовремя подсуетился и получил у создателей Vantablack эксклюзивные права на использование «самого черного цвета в мире» в своих работах.

Таким образом, легко прийти к выводу, что BMW X6 предметом искусства не является – даже если покрыть его составом Vantablack. Однако это не помешало баварцам устроить во Франкфурте настоящую сенсацию. Экспериментальное кросс-купе оказалось настолько популярным, что в BMW устали отбиваться от вопросов на тему, когда же будет налажено серийное производство таких моделей.

Ответ очевиден – никогда. И дело даже не в дороговизне самого пигмента (который дороже алмазов), а в элементарной безопасности. Вы представляете, что будет, если выпустить эдакую «черную дыру», которую физически невозможно осветить фарами, на дорогу? К слову, создавая свой кроссовер, баварцы, по слухам, вынуждены были просить создателей Vantablack чуть уменьшить его поглощающую способность, иначе аудитория BMW вообще не поняла бы, о чем идет речь. По этой же причине кроссоверу сохранили немного хрома на кузове, полноценную радиаторную решетку, стандартные колесные диски и оптику – просто для того, чтобы хотя бы очертания кроссовера можно было разглядеть.

И, наконец, по этой же причине кажутся бредом слухи о том, что автопроизводители собираются использовать Vantablack для тестовых прототипов вместо обычного камуфляжа. Этот состав, конечно, куда эффективнее будет скрывать очертания будущих новинок, но вот сами прототипы, скорее всего, проживут в условиях дорог общего пользования недолго.

Однако, вариант для маневра у производителей все же остается. По последним данным, сейчас всерьез обдумываются возможности применения Vantablack в салонах автомобилей – в тех местах, где нужно максимально уменьшить вероятность возникновения бликов и прочих отражений. Загасить, скажем, солнечные зайчики на передней панели или потолке. Поговаривают даже о поиске возможностей использования состава в конструкции мультимедийных экранов, чтобы те меньше бликовали, или – по примеру космических приборов – в лазерных сенсорах систем автономного управления. Так это или нет – покажет будущее.

Очень надеюсь, что данный материал Вам понравился!
Всем спасибо и до новых встреч.

Черные светопоглощающие краски

Для того, чтобы изображение стало более четким, а естественное освещение не мешало воспринимать информацию с монитора, владельцы AV-технологий прибегают к помощи черных красок. Они создают небольшие рамки по периметру экрана или проекционной доски, которые поглощают солнечные лучи.

Существует ли «супер черная краска»?

Классические рыночные краски плохо поглощают свет и не всегда могут справиться с бликами, по этой причине их использование постепенно отходит на второй план. Сегодня, благодаря стараниям ученых, разработана особая технология, способная поглощать почти 100% попадающего на нее света, а заодно радио- и микроволн.

Вертикально расположенные, мельчайшие нанотрубки «теряют» внутри себя все поступающие фотоны, из-за этого человеческий глаз не видит ничего, кроме черной пустоты. Даже уголь, который считается наиболее темным природными материалом, проигрывает по уровню светопоглощения. Эффект по достоинству оценили специалисты из разных сфер, начиная от космоса и заканчивая искусством.

Доступные поглощающие краски

В 2014 году изобретение было новаторским, сейчас испробовать такой продукт могут все желающие. Цена начинается от 50$ за баночку. Наиболее популярными товарами являются:

• Ultra Black Screen Border – применяется для проекционных поверхностей, отличается 98%-й поглощаемостью;
• Singularity Black LT – универсальный спрей американского производства, абсорбирует 98.75% лучей;
• Vantablack – вещество, которое надежно удерживает 99.965% поступающих фотонов.

Производство продолжается и компании наперебой стараются создать материал, способный поглотить еще больше света.

Области применения

Светопоглощающие краски используются буквально на каждом шагу. В одних случаях их применяют для удовлетворения эстетических потребностей, в других – с практичной целью.

1. В учебных и научных заведениях можно создать абсолютно черные тела, чтобы решать физические и оптические задачи. Например, вещество весьма достоверно имитирует физику черного тела..
2. Вокруг экранов и панелей при помощи краски создается темная рамка, которая выравнивает проекционное изображение, делает картинку более контрастной.
3. В самолетах и транспортных средствах вещество наносят на приборные панели и кокпиты, чтобы исключить попадание солнечных бликов от панели и отражения от лобового стекла. Подобный подход повысит безопасность пилотов, водителей и пассажиров.
4. Создаются более эффектные рекламные инсталляции, они выделяются среди сверкающих аналогов и более точно могут воспроизвести достоинства и скрыть недостатки товара.
5. В развлекательных центрах и парках аттракционов можно покрасить стенды или создать специальные декорации. Например, в павильонах комнат ужасов.
6. Мощные телескопы и камеры с инфракрасным излучением тоже красят в светопоглощающий материал, это повышает качество и четкость получаемой картинки.
7. В ракетостроении вещество собираются использовать как покрытие кораблей, с целью защитить персонал от воздействия солнечной радиации.
8. В театральных и кинозалах возможно создать темное пространство за сценой, которое не будет бликовать и переотражать идущий от ламп свет в глаза зрителей. Таким образом получится минимизировать отвлеченность людей от просмотра.
9. Можно использовать в личных целях в качестве покраски элементов интерьера, техники и автомобиля.

Поглощающие свет краски давно перестали быть эксклюзивными товарами, ими могут воспользоваться компании из любых сфер.

Селективное покрытие для солнечных коллекторов

Важнейшей частью любого коллектора – плоского, вакуумного, воздушного – является абсорбер. Именно абсорбер преобразует энергию солнечного излучения в энергию тепловую. В плоских водяных и в воздушных коллекторах абсорбер в общем случае представляет собой металлический лист, покрашенный в черный цвет селективной краской для солнечных коллекторов. Причем в воздушном коллекторе абсорбер может быть выполнен с ребрами для увеличения площади нагреваемой поверхности. В вакуумных коллекторах абсорберы представляют собой тонкие пластины в вакуумных трубках. В плоских водяных и в вакуумных коллекторах абсорберы передают накопленное тепло теплоносителю. В воздушных коллекторах просто нагревают до высокой температуры воздух, находящийся в коллекторе. Но в любом случае важнейшую роль в процессе нагрева играет покрытие абсорбера.

Черный цвет — черному цвету рознь

Некоторые умельцы наносят селективное покрытие для солнечных коллекторов своими руками, наивно полагая, что, покрасив металлический лист черной краской, они решат все проблемы. Но черная краска бывает разная. И как эффективно будет работать коллектор, в огромной степени зависит от того, какой именно краской покрыт абсорбер. Дело в том, что черные краски различных составов по-разному реагируют на солнечный свет. Какая-то часть солнечной энергии поглощается, а какая-то отдается в виде теплового излучения, а результирующая эффективность будет очень низкой. Так, например, эффективность абсорбера, покрытого обычной черной краской, составляет всего 11%, в то время, как при покрытии другими типами красок эффективность может превышать 90%. Кроме того, обычные черные краски не обладают термостойкостью и при длительном нагревании начинают слоиться, отставать от основы.

Как работают различные покрытия

Главных показателей, которые характеризуют ту или иную черную краску для покрытия абсорбера, всего два. Это, во-первых, способность поглощения солнечной энергии и, во-вторых, способность покрытия поверхности к излучению энергии в длинноволновом диапазоне. Чем выше первый показатель и ниже второй, тем эффективнее покрытие. Так, например, два слоя покрытия «Черный никель» поверх гальванопокрытия из никеля на мягкой стали (согласно технологии деталь была погружена на шесть часов в кипящую воду) показали способность поглощения, равную 0.94. При этом способность излучения составила всего 0.07. Или «Черный никель», содержащий окиси и сульфиды никеля и цинка, нанесенный на полированный никель, имеет способность поглощения, равную 0.910, при способности излучения 0.11.

Новые составы, новые методы получения высокоэффективных абсорберов

Над поиском составов термостойких красок, способных по максимуму поглощать солнечную энергию, работают многие ученые. В Германии в 1980 году доктор Вольфганг Цезиаль и инженер Густав Кроз получили патент на «Способ получения селективно поглощающих площадей поверхности для солнечных коллекторов и устройство для реализации этого способа». Их работа получила дальнейшее развитие и была подкреплена патентами, полученными в 1998 и в 2001 годах. Целью этих и других аналогичных разработок являются, во-первых, достижение высокой степени поглощения, а следовательно, и высокой степени конверсии падающего солнечного света в полезное тепло, а во-вторых, достижение минимальной излучательной способности, то есть низкое тепловое излучение.

Для изготовления высокоэффективных абсорберов с нанесенным покрытием разрабатываются специальные технологии получения селективных красок и методы их нанесения на поверхности абсорберов, которые, к тому же, могут изготавливаться из различных материалов. К концу девяностых годов прошлого века это были, в основном, гальванически нанесенные слои так называемых «черного хрома» или «черного никеля». При этом были получены достаточно обнадеживающие результаты для указанных покрытий, а именно качество поглощения до 96%, процент излучения около 10%. Это были очень хорошие показатели.

Разработанные в середине девяностых годов в Германии методы нанесения селективного покрытия использовали процесс вакуумного напыления на основу. Были проведены эксперименты с нанесением на медную основу титаново-оксинитридных, а также керамических покрытий. Позднее были проведены эксперименты с алюминиевыми листами. Эти покрытия при контрольных замерах показали значение поглощения солнечного излучения, превышающее 95%, а значение излучательной способности — в пределах от 3% до 5%. Но, несмотря на такие высокие показатели, которые были получены для «Черного никеля» и «Черного хрома», эти покрытия не нашли применения на европейском рынке, так как при производстве этих напылений происходило довольно заметное загрязнение окружающей среды от использования гальваники в производственном процессе. Та же участь постигла и разработанное в США селективное покрытие «Черный кристалл».

Селективные покрытия в домашних условиях

Прежде чем решиться на самостоятельное нанесение селективного покрытия на абсорбер, нужно тщательно изучить характеристики доступных покрытий и взвесить свои возможности. Если вас что-то не устраивает, лучше отказаться от этой идеи и купить уже готовые коллекторы. Способов нанесения покрытий достаточно много, но не все они могут подойти. Например, некоторые умельцы, не вдаваясь в детали, просто покрывают металлический лист обычной черной краской только потому, что эта краска, во-первых, черная, а во-вторых, дешевая. Но такая краска принесет мало пользы, так как она не термостойкая, а при высыхании становится еще неплохим теплоизолятором. Черная матовая автомобильная краска обладает достаточно неплохим светопоглощением, достигающим 70%. Недостатком этой краски является слабая термостойкость.

Лакокрасочной промышленностью выпускаются черные матовые краски, обладающие повышенной термостойкостью. Такими красками покрывают грили, мангалы, изготавливаемые различными фирмами. Эти краски могут быть как в банках, так и в аэрозольной упаковке. Предпочтительнее, конечно, краски в аэрозольной упаковке, так как в этом случае можно нанести селективное покрытие, не превышающее нескольких микрон по толщине. При покупке нужно особо обращать внимание на способ нанесения покрытия, так как применение некоторых видов красок требует предварительной обработки поверхности, на которую они будут наноситься. В некоторых случаях требуется антикоррозийная обработка поверхности, а в некоторых случаях и кислотная грунтовка.

Краска Iliolac

В настоящее время наибольшей популярностью для нанесения селективного покрытия пользуется краска «Iliolac» («Илиолак») производства греческой компании Stancolac. Производители утверждают, что эта краска обладает поглощающей способностью, равной 99%. Краска эта выпускается в баночной фасовке, поэтому для нанесения ее на поверхность абсорбера лучше пользоваться краскопультом, чтобы получить слой не толще пятидесяти микрон.

Селективная пленка в рулонах

И, наконец, для покрытия абсорбера можно использовать селективную пленку. Эта тонкая термостойкая пленка, выпускаемая в рулонах, наклеивается на предварительно обезжиренную и очищенную поверхность абсорбера. Пленка эта представляет собой медную или алюминиевую фольгу с готовым селективным покрытием, нанесенным на нее методом вакуумного напыления.

Особых сложностей в нанесении селективных покрытий нет, и если вы решились сделать солнечные коллекторы своими руками, то добротно выполненное устройство будет работать ничуть не хуже своего промышленного собрата.

Люминесцентная краска и способ ее приготовления в домашних условиях

Чего только не найдешь на современном строительном рынке. Разнообразие отделочных материалов позволяет воплощать в жизнь всевозможные интерьерные задумки. Одним из интересных и в последнее время очень популярных элементов является люминесцентная краска – ее использование возможно как для фасада дома, так и в оформлении интерьера внутри дома. Особенность этого элемента состоит в том, что краска светится в темноте и именно поэтому стоимость материала достаточно высокая. Меня очень заинтересовало использование люминесцентной краски и, узнав стоимость всех компонентов для приготовления смеси своими руками, я понял, что выгоднее будет сделать краску самостоятельно. Вооружившись помощью друга, я начал изучать свойства, характеристики материала и варианты приготовления люминесцентной краски своими руками.

Люминесцентная краска

Классификации люминесцентных красок

Суть люминесцентного материала заключается в том, что в красящий состав добавляют пигмент, в основе которого лежит люминофор. Благодаря этому в темное время суток объекты, покрашенные такими составами, могут светиться продолжительное время.

Люминесцентная краска в спальне

Так как прогресс не стоит на месте и иногда создается впечатление, что химики способны изобретать материалы для покрытия совершенно любых поверхностей, можно говорить о нескольких видах люминесцентного материала:

• Для поверхностей из металла – может вы, когда-то обращали внимание на гоночные автомобили излучающие ночью свет
• Для ткани – очень востребованы в текстильной промышленности
• Для глянцевой поверхности и стекла – использование стеклянных панелей, которые еще и подсвечиваются это уже совсем на грани эксклюзивности, а применение такой керамической плитки так вообще
• Водоэмульсионная светящаяся краска
• Краска для дерева – можно применять при окрашивании заборов, фасадов и оград
• Существуют даже эмульсии для бетона – ну совсем фантастика подумал я, когда узнал о таких возможностях
• Для пластика

Для интереса я изучил рынок и составил таблицу приблизительной стоимости люминофора:

Цвета люминофора	Цена	Для акриловой краски	Цена
Бледно-салатовыйСалатово-желтый	490-500руб/50гр	Белый, салатово-желтый	240-250руб/50гр
Белый, голубой	490руб/50гр	Голубой	250руб/50гр
Красный, оранжевый, желтый	530-550руб/50гр	Все остальные оттенки	260руб/50гр
Синий, зеленый	530-550руб/50гр

Кстати, люминесцентные краски можно купить в баллончиках, распыление которых происходит очень быстро и удобно. Поэтому если вам хочется оформить небольшой участок поверхности своими руками, то смело приобретайте материал в баллончиках. Но не забывайте, что стоимость такой люминесцентной краски будет выше.

Особенности материала и общие заблуждения

Так как в составе краски есть не только наш светящийся пигмент, но еще и лак, то следует отметить, что для основы таких материалов применяют данные лаки:

1. Алкидный
2. Акриловый
3. Полиуретановый

Люминесцентная краска в детской

Именно от этой основы выстраивается ценовая политика налюминесцентную краску. Так же от нее зависит и срок службы красящего состава. В просторах интернета бытует мнение, что такие смеси достаточно вредны и могут нанести вред здоровью человека. Но на самом деле это большое заблуждение, так как сам порошок люминофора совершенно безвреден. Не стоит путать люминофор с фосфором, ведь именно второй действительно вредоносен. Запомните, вредность используемого покрытия зависит только от лака, который применяется как основа для люминесцентной краски.

Фотолюминесцентнаясмесь заряжается от окружающего света, но так же существует электролюминесцентные растворы, которые работаю по принципу зарядки от электрического переменного тока. Этот материал был изобретен специально для автомобилей, точнее их кузовов. Благодаря принципу работы такая краска может светиться в любое время суток и при любом освещении.

Давайте рассмотрим, в каких сферах может применяться фотолюминесцентная смесь:

• С помощью материала можно создавать уникальные рисунки, оформлять им стены и потолок, выделять определенные участки в общем дизайне комнаты
• Используя люминесцент, окрашивают мебель и интерьерные предметы
• Добавляют в лаки для ногтей и применяют в боди-арте
• Украшают деревянные заборы и беседки
• Окрашивают искусственные цветы
• Можно покрасить ткани, одежду, рюкзак
• Шелкотрафаретная печать для постеров, календарей и блокнотов
• Аэрозольные баллончики используют для машин и велосипедов, а так же для аксессуаров к ним

Самостоятельно изготавливаем люминесцентную краску

Как я уже говорил, приобретать красящее вещество будет дороже, чем создать его своими руками. Если же вам это дело не по вкусу, то не стоит переживать. На данный момент существует огромное количество производителей, которые выпускают свою продукцию, как в жидком состоянии, так и в аэрозольных баллончиках.

Люминесцентная краска на стенах

Но если вы собрались изготовить люминесцентную смесь своими руками, то для начала стоит определиться с выбором основы – лака. Можно купить полностью прозрачный материал, а можно выбрать и необходимый оттенок. Затем приобретаете люминесцентный пигмент и запасаетесь емкостями из эмали или керамики.

Технология приготовления следующая:

1. В уже подготовленную посуду я налил основу – лак
2. Далее я засыпал пигмент и все хорошенько перемешал. В среднем нужно придерживаться пропорций 15-50% пигмента от всей массы смеси. Я добавлял около 40%, но где-то читал, что оптимальным количеством является 30% пигмента. Кстати именно от этого зависит результат насыщенности
3. Для того, чтоб пигмент распределился максимально ровно, я добавил в смесь растворитель и придерживался пропорции 1% от всей массы. При выборе растворителя обращайте внимания на лак, который используете
4. Помешивайте весь раствор и понемногу ускоряйте этот процесс. Ждите получения однородной массы
5. Вот в принципе и все. Краска своими руками готова и ее можно наносить на необходимые участки. Главное в процессе придерживайтесь правильных пропорций и не переборщите с растворителем

Если вы выбрали прозрачный лак, но хотите придать смеси оттенок, то добавьте в полученную люминесцентную краску немного колера.

Наносим люминесцентный материал

После того, как я приготовил люминесцентную краску своими руками, осталось выбрать область ее применения и нанести на поверхность. Как и в любых других процессах, окрашиваемую поверхность нужно предварительно подготовить.

Люминесцентная краска в интерьере

Очистите место нанесения люминесцентного материала от грязи и пыли. Если требуется, то обезжирьте место окрашивания. Если под нашу смесь нанести на стену белую краску, то свечение люминесцентной будет намного ярче и лучше. Поэтому я не стал пренебрегать этим советом и нанес на участок стены белый раствор. Кстати белое покрытие служит грунтовочным слоем, и после его нанесения своими руками мы ждем полного высыхания люминесцентной краски.

Люминесцентный состав перед нанесением тщательно перемешиваем – это необходимо потому, что сам пигмент имеет свойство выпадения в осадок. Когда раствор готов его наносят тонким слоем. Можете воспользоваться валиками или кисточками – у меня на этот случай был распылитель. После первого нанесенного слоя нужно нанести следующий, но не забывайте ждать полного высыхания начального слоя.

Создавая такое оформление самостоятельно можно использовать заранее подготовленные трафареты или от руки с помощью кисти рисовать какие-то узоры. Если люминесцентный материал используется в детской комнате, то будьте уверены, что нарисованное звездное небо на потолке или обведенный контур животных на стенах комнаты обязательно приведет в восторг ваше чадо. Магия образов, которые создаются с помощью люминесцентных красок, способны восхищать не только детские взгляды, но и удивлять даже взрослых.

Люминесцентная краска для дизайна интерьера

Если вы не хотите закрашивать большой участок поверхности с помощью люминесцентной смеси, то подготовьте трафарет с различными абстракциями или узорами, а затем с его помощью воссоздайте рисунок на любой удобной для вас поверхности.

Используя несколько цветов люминесцентной краски можно создавать картины и небольшие пейзажи прямо на поверхности стен и потолков. Я даже видел фотографии, когда люди с помощью таких красок оставляли добрые послания на стенах, которые потом обращали на себя взор еще много-много лет. Если вы боитесь темноты, а на ваших выключателях нет лампочек, то и тут порошок придет в помощь, ведь нанеся такую люминесцентную смесь на выключатель, ночью вы точно его увидите.

Для себя я понял, что применение люминесцентных смесей в интерьере своего дома это красиво, необычно и очень эффектно в темное время суток.

Электролюминесцентная смесь от LumiLor

Так как фотолюминесцентнаякрасящая смесь знакома уже всем, а вот новой для нас можно назвать электролюминесцентную краску, то я решил рассказать немного и про нее. Используют такую краску в частности для автомобильного тюнинга, и если обычный элемент светится только в темноте, накапливая свою энергию от света, то этот вариант начинает свое свечение после подачи электрического тока.

Отделка стен люминесцентной краской

Известная марка LumiLorимеет в своем арсенале такие цвета краски, но не стоит забывать, что для получения нового оттенка их достаточно просто смешать:

• Красный
• Зеленый
• Голубой цвет краски
• Желтый оттенок
• Белый цвет

Самое интересное в этом материале то, что если подача электроэнергии отсутствует, то и окрашенный автомобиль смотрится совершенно обычно. Это очень актуально для тех, кто любит изображать свое искусство. Благодаря такому свойству краски при подаче тока все будут видеть различные рисунки и творчество, которые вы сотворили своими руками.

Краски от LumiLorработают при частоте переменного тока от 500 до 1000Гц. При подключении применяют инвертор на 12В, а его уже подключают к источнику питания. Это могут быть батарейки или обычная розетка на 220В.

Самый черный материал на земле — Vantablack, поглощающий 99,96% света

Команда ученых из Великобритании порадовала новым научным открытием, представив широкой публике новейший вид материи. До недавнего времени такая разновидность черного оттенка никому не была известна.

Обнаруженное вещество носит название vantablack и, по мнению британских первооткрывателей, может раз и навсегда поменять представление людей о Вселенной.

Самый черный материал поглощает 99,965% видимого света, микроволн и радиоволн

Ультрачерный материал имеет способность успешно поглощать 99, 96% света, причем в данном случае речь идет, только об излучении, различимом для человеческого взгляда. Исследованиями оригинального научного феномена занялись ученые из Великобритании под руководством Бена Дженсона.

По словам одного из исследователей, материал составлен из совокупности углеродных нанотрубок. Такое явление можно уверенно сравнить с человеческим волосом, рассеченным на 8-10 тысяч слоев – один такой слой представляет собой размеры углеродной нанотрубки. Общий состав можно представить в виде заросшего травой поля, где попавшая частица света начинает уверенно отскакивать от одной травинки к другой. Эти своеобразные «травинки» максимально поглощают световые частицы, отражая лишь малую световую долю.

Секрет Vantablack — вертикально ориентированные нанотрубки

Технологию создания такого рода трубок нельзя назвать новаторской, однако, Бену Дженсону и его соратникам только сейчас удалось найти достойные способы ее применения. Ими был изобретен способ соединения углеродных нанотрубок с материалами, используемыми в современных телескопах и спутниках. Примером такого материала можно назвать алюминиевую фольгу. Данный факт означает, что фотоснимки Земного шара и Вселенной из космоса вполне можно будет сделать более четкими.

«Присутствие рассеянного света внутри телескопа способствует увеличению шумов, в результате чего резких снимков не получается, — поясняет Бен Дженсон. – Используя новые материалы для покрытия внутренних перегородок телескопа, а также пластин диафрагмы, рассеянный свет уменьшается, и изображение получается гораздо четче».

Если учитывать законы физики, создание материала, который поглощает 100% света, практически невозможно. Уже только поэтому изобретение Дженсона сегодня можно назвать прорывом на грани фантастики.

Новой разновидностью материала уже заинтересовались американские военные. Ведь его можно применять в «Стеллс»-технологиях, чтобы снижать заметность самолетов для радаров или создавать фотографии во время специальных разведывательных миссий. Кроме того, ученые уверены, что со временем откроются еще больше возможностей для использования vantablack.

Учёные создали светопоглощающий материал по принципу чёрной дыры

Инженеры-физики из британской компании Surrey Nanosystems представили свою новую разработку — уникальный материал под названием Vantablack, который считается самым тёмным в мире. По словам разработчиков, он поглощает практически весь свет, кроме ничтожных 0,035%, которые отражаются от его поверхности. Это интересное свойство делает Vantablack полностью невидимым, и разглядеть можно только объекты вокруг него.

Несмотря на неровности поверхности, мы их даже не видим

Видео под катом …

Научная пресса уже окрестила материал искусственной чёрной дырой. Такой мощной гравитацией, как настоящая погибшая звезда, Vantablack, разумеется, не обладает, но со светом он делает то же самое, что и космические чёрные дыры — поглощает и не выпускает. Другая интересная особенность нового материала заключается в том, что, даже будучи изогнутым, со стороны он всё равно кажется плоским, ведь для глаза все изгибы совершенно незаметны.

«При сгибании Vantablack наблюдатель ожидает увидеть вмятины и морщины, однако вместо всего этого он видит иллюзию совершенно тёмного отверстия в пространстве», — рассказывает соавтор исследования Бен Дженсен (Ben Jensen), который также является техническим директором компании Surrey Nanosystems.

Попытки создания абсолютно тёмного материала уже предпринимались и не раз. Так, в 2008 году команда из Политехнического института Ренсселера представила материал, который отражал всего 0,045% световых волн, но разработчикам из Surrey Nanosystems удалось побить этот рекорд.

 

 

Название материала происходит от словосочетания Vertically Aligned NanoTube Arrays ( Вертикально ориентированные массивы нанотрубок) и слова black ( чёрный).

Особые свойства материала отражены в его названии. Первые два слога Vanta являются акронимом от словосочетания vertically aligned carbon nanotube arrays, то есть «вертикально выровненные массивы углеродных нанотрубок». Углеродные нанотрубки учёные вырастили в лаборатории на алюминиевой фольге при низких температурах. Они оказываются плотно составленными вместе, что позволяет свету проникать внутрь, но очень небольшому количеству — преимущественно ультрафиолетовому, инфракрасному и микроволновому — отражаться от этого «леса».

Такой суперчёрный материал снижает уровень рассеянного света, а также в семь с половиной раз лучше чем медь проводит тепло и является в 10 раз более прочным, чем сталь. А потому он имеет массу потенциальных применений, в том числе в качестве «шапки-невидимки» для военных объектов, которые необходимо скрыть.

Также им можно покрывать внутреннюю часть высокочувствительных телескопов, предназначенных для обнаружения тусклых и далёких объектов. И наконец, его можно применять для повышения производительности солнечных панелей и инфракрасных датчиков.

 

Микрофотография структуры Vantablack®.

Процесс производства самого черного материала Vantablack® основан на технологии низкотемпературного синтеза вертикально-расположенных  углеродных нанотрубок  (англ. — vertically-aligned carbon nanotube (VANTA), разработанного фирмой Surrey NanoSystems. Методика осаждения покрытия Vantablack® подходит для различных материалов с размерами отдолей микрона и больше.   Она легко сочетается со стандартными методами литографии и позволяет, в случае необходимости, выполнять сложные узоры.

Раньше VANTA-покрытия могли быть нанесены только на дорогостоящие, объемные жаропрочные сплавы и термостойкие материалы, такие как кремний, соответственно, их невозможно было использовать для чувствительной электроники или материалов с относительно низкой температурой плавления. Отличием покрытия из самого черного материалаVantablack® является то, что его можно синтезировать на многих чувствительных к температуре материалах (например, алюминии), которые имеют большое значение для наземных,воздушных и космических применений. Наноструктурированный Vantablack® является химически инертным, имеет высокое сопротивление ударам и вибрациям и демонстрирует превосходную стабильность при воздействии тепла и окружающей среды.

Самый черный материал представляет собой массив из вертикальных, расположенных вплотную друг к другу углеродных нанотрубок ). Такая своеобразная структура и определяет уникальные свойства Vantablack®, поскольку прошедшему сквозь «крону» такого наноуглеродного «леса» свету чрезвычайно трудно выбраться из этой ловушки и отразиться от поверхности из такого материала.

Vantablack® имеет самую высокую теплопроводность и минимальное отношение массы к объему среди всех материалов, которые могут быть использованы в приложениях, требующих высокой излучательной способности. Он обладает практически ничтожным уровнем дегазации и эмиссии частиц, таким образом устраняя основной источник загрязнения в чувствительных системах визуализации. Он выдерживает механические нагрузки, возникающие при запуске ракеты, а также долговременные вибрации и идеально подходит для облицовки внутренних компонентов, таких как отверстия, перегородки и оптические датчики на основе МЭМС (микроэлектромеханические системы).

Практическое применение самый черный материал нашел, главным образом, в оптическом приборостроении: в качестве эталонных источников излучения «черного тела» в чувствительных телескопах, спутниковых системах калибровки, ИК-детекторах и для подавления помех от рассеянного излучения в оптических системах. Также Vantablack® может применяться для военных транспортных средств и брони, так как сделает их практически невидимыми, особенно при использовании ночью.

via

Получен светопоглощающий материал, эффективность которого почти равна «идеальному» значению

В Избранное

Исследователи из Массачусетского технологического института сообщили о разработке нового материала, служащего для преобразования энергии падающих на него солнечных лучей в тепло и, в дальнейшем, в электрическую энергию. Но не это самое главное, все дело заключается в том, что эффективность преобразования нового материала практически вплотную приблизилось к теоретическому пределу эффективности, которой обладает некий гипотетический идеальный материал.

Новый материал поглощает свет практически всех длин волн, который излучается Солнцем и достигает поверхности Земли.

Но исследователям пришлось искусственно пожертвовать длинноволновым инфракрасным диапазоном, несмотря на то, что в этом диапазоне переносится существенное количество энергии, в обратном случае материал поглотителя при нагреве до определенной температуры сам стал бы терять большое количество энергии, излучая ее в окружающую среду в виде длинноволнового инфракрасного излучения.

Материал, по сути, является своего рода двухмерным металлическо-диэлектрическим фотонным кристаллом, способный эффективно абсорбировать солнечный свет, падающий на поверхность под различными углами.

Все фотонные эффекты на поверхности материала реализуются с помощью так называемых оптических нанополостей, которые выступают в роди эффективных ловушек фотонов. Меняя габаритные размеры этих ловушек и порядок их расположения, можно сужать и расширять диапазон длин волн поглощаемого света или смещать весь диапазон полностью в какую-нибудь сторону.

Материал выдерживает длительное воздействие высоких температур, а его производство может быть без проблем развернуто в промышленных (рулонных) масштабах.

Материал предназначен для использования в солнечных фототермоэлектрических преобразователях (solar-thermophotovoltaic, STPV) в которых энергия солнечного света сначала преобразуется в тепло, а лишь затем – в электрическую энергию. Максимальная эффективность таких STPV-преобразователей достигается при помощи концентрации отраженного от множества зеркал солнечного света. При этом, температура материала-поглотителя может подниматься очень и очень высоко, но, использование в составе материала металлов с высокой температурой плавления позволяет ему выдерживать без потери своих свойств и деградации структуры воздействие температуры в 1000 градусов по шкале Цельсия непрерывно в течение 24 часов.

Опытные образцы светопоглощающего материала были изготовлены из сплава, содержащего значительное количество рутения, достаточно дорогого металла. Но, «разработанная нами технология достаточно гибка по отношению к используемым материалам» – рассказывает Джеффри Чоу (Jeffrey Chou), один из исследователей, – «В теории мы можем использовать практически любой металл, способный выдержать воздействие столь высокой температуры, к примеру, вольфрам или никель».

Как уже упоминалось выше, новый материал без проблем может производиться при помощи существующих технологий.

«Наш материал практически является первым подобным материалом, который может изготавливаться при помощи технологий массового производства» – рассказывает Чоу, – «Его можно производить рулонными нормами точно так же, как производят сейчас рулоны гибких кремниевых солнечных батарей. Нам удалось изготовить ленту такого материала, шириной в 30 сантиметров, в то время, как в предыдущих попытках максимальная ширина изготавливаемой лены не превышала нескольких сантиметров».

Сейчас ученые работают в направлении применения сплава из более дешевых альтернативных металлов для создания светопоглощающего материала. И по их прогнозам, коммерческий продукт на основе такого материала может появиться в течение ближайших трех-пяти лет.

 

Источник: kurzweilai.net

 

Высокоэффективный светопоглощающий материал создан инженерами

02.02.2017, 04:35Наука

Новый, эффективный светопоглощающий материал разработан инженерами Университета Калифорнии в Сан-Диего. Гибкая пленка способна улучшить прозрачные оконные покрытия, которые будут охлаждать здания и автомобили в солнечные дни; увеличить более чем в три раза КПД солнечных батарей; а также усовершенствовать тонкие, легкие щиты, которые блокируют тепловое обнаружение.

Технологи во главе с Zhaowei Liu создали почти идеальный широкополосный абсорбер, поглощает более 87 процентов ближнего инфракрасного света (1200 до 2200 нанометров длины волн) с поглощением 98 процентов при 1,550 нм. Материал способен поглощать свет с любого угла и теоретически может быть настроен для поглощения света определенных длин волн, позволяя другим проходить.

«Этот материал обеспечивает селективное поглощение, которое может настраиваться на различные части электромагнитного спектра», говорят разработчики.

Новый поглотитель опирается на оптические явления, такие как поверхностный плазмонный резонанс, движения свободных электронов, которые происходят на поверхности металлов при взаимодействии с определенными длинами волн света. Наночастицы металлов могут нести много свободных электронов, поэтому они проявляют сильный поверхностный плазмонный резонанс, но в основном в видимом свете, а не в инфракрасной области спектра.

Liu с коллегами посчитали, что если бы они могли изменить количество свободных электронных носителей, они могли бы настроить поверхностный плазмонный резонанс материала для различных длин волн света. Для решения этой проблемы, инженеры разработали и построили поглотитель из материалов, которые могут быть модифицированы или легированы, и нести разное количество свободных электронов: полупроводников. Исследователи использовали оксид цинка, который имеет умеренное количество свободных электронов, и соединили его с его металлической версией, легированным алюминиевым оксидом цинка, в котором находится большое количество свободных электронов.

Материалы были объединены и структурированы с использованием передовых нано технологий. В данный момент, метод все еще находится на стадии развития, но ученые продолжают работать, исследуя различные материалы, геометрические формы и конструкции для разработки поглотителей, которые работают при разных длинах волн света для различных областей применения.

Поделиться новостью:

Facebook

Вконтакте

Одноклассники

Twitter

Новый «самый черный черный» материал поглощает 99,995 процентов света

Исследователи из Массачусетского технологического института создали то, что называют самым черным черным из когда-либо существовавших, — новый материал, который поглощает не менее 99,995 процентов света, падающего на него. Исследователи случайно создали ультрачерный материал, пытаясь найти способы улучшить проводимость углеродных нанотрубок, микроскопических нитей с широким спектром применения для хранения энергии и биомедицины.

«Это было неожиданно — как настоящее научное открытие», — сказал Брайан Уордл, профессор аэронавтики и космонавтики Массачусетского технологического института и руководитель группы исследователей, создавших этот материал.«Мы работали над новым способом выращивания нанотрубок, и когда вы создаете новый материал, его свойства могут быть интересными».

Материал, описанный в статье, опубликованной 12 сентября в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, представляет собой своего рода нечеткое химическое покрытие, которое примерно в 10 раз темнее, чем предыдущий рекордсмен. Уордл сказал, что это вызвало большой интерес среди ученых и инженеров, которые видят потенциальные приложения в астрономии и авиакосмической сфере.

Сопутствующие

Космические телескопы, например, могут использовать этот материал, чтобы блокировать рассеянный свет, который может мешать наблюдениям.«Оптические инструменты, такие как камеры и телескопы, должны избавляться от нежелательных бликов, чтобы вы могли видеть то, что хотите видеть», — говорит Джон Мазер, старший астрофизик Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, не принимавший участия в исследовании. , говорится в сообщении. «Хотели бы вы увидеть Землю, вращающуюся вокруг другой звезды? Нам нужно что-то очень черное ».

Новый материал интересен и художникам. Фактически, его замечательные оптические свойства стали известны только тогда, когда Димут Стребе, художник-резидент Центра искусства, науки и технологий Массачусетского технологического института, спросил команду Уордла о светопоглощающих свойствах различных материалов.

«Мы решили присмотреться к собственности, на которую обычно не обращаем внимания», — сказал Уордл.

Strebe использовал покрытие из углеродных нанотрубок в новой художественной выставке под названием «Искупление тщеславия», на которой изображен желтый алмаз весом 17 карат стоимостью 2 миллиона долларов, скрытый в материале, чтобы стать практически невидимым.

«Мы представляем буквальную девальвацию алмаза, которая очень символична и имеет высокую экономическую ценность», — говорится в заявлении Стребе. «Это бросает вызов механизмам рынка искусства, с одной стороны, и в то же время выражает вопросы о ценности искусства в более широком смысле.”

Выставка открылась на Нью-Йоркской фондовой бирже 13 сентября и будет открыта до 25 ноября.

Хотите больше историй о науке?

Подпишитесь на информационный бюллетень MACH и следите за новостями NBC News MACH в Twitter, Facebook и Instagram.

Дениз Чоу, репортер NBC News Science, специализируется на общей науке и изменении климата.

Ученые заставляют прозрачные материалы поглощать свет

ИЗОБРАЖЕНИЕ: Это схематическое изображение процесса виртуального поглощения света: слой прозрачного материала подвергается воздействию световых лучей с обеих сторон, при этом интенсивность света увеличивается… посмотреть еще

Источник: Пресс-служба МФТИ

Группа физиков из России, Швеции и США продемонстрировала весьма необычный оптический эффект: им удалось «виртуально» поглощать свет, используя материал, не обладающий светопоглощающей способностью. Результаты исследования, опубликованные в Optica , открывают новые возможности для создания элементов памяти для света.

Поглощение электромагнитного излучения, в том числе света, является одним из основных эффектов электромагнетизма.Этот процесс происходит, когда электромагнитная энергия преобразуется в тепло или другой вид энергии в поглощающем материале (например, во время электронного возбуждения). Уголь, черная краска и массивы углеродных нанотрубок, также известные как Vantablack, выглядят черными, потому что они почти полностью поглощают энергию падающего света. Другие материалы, такие как стекло или кварц, не обладают впитывающими свойствами и поэтому выглядят прозрачными.

В своих теоретических исследованиях, результаты которых были опубликованы в журнале Optica , физикам удалось развеять это простое и интуитивно понятное представление, сделав полностью прозрачный материал совершенно поглощающим.Для этого исследователи использовали специальные математические свойства матрицы рассеяния — функции, которая связывает падающее электромагнитное поле с полем, рассеянным системой. Когда световой луч не зависящей от времени интенсивности попадает на прозрачный объект, свет не поглощается, а рассеивается материалом — явление, вызванное унитарным свойством матрицы рассеяния. Однако оказалось, что, если интенсивность падающего луча изменяется определенным образом со временем, унитарность может быть нарушена, по крайней мере, на некоторое время.В частности, если рост интенсивности экспоненциальный, полная энергия падающего света будет накапливаться в прозрачном материале, не покидая его (рис. 1). В этом случае система будет казаться идеально поглощающей снаружи.

Чтобы проиллюстрировать эффект, исследователи исследовали тонкий слой прозрачного диэлектрика и вычислили профиль интенсивности, необходимый для поглощения падающего света. Расчеты подтвердили, что при экспоненциальном росте интенсивности падающей волны (пунктирная линия на рис.2) свет не проходит и не отражается (сплошная кривая на рис. 2). То есть слой выглядит идеально впитывающим, несмотря на то, что ему не хватает фактической впитывающей способности. Однако, когда экспоненциальный рост амплитуды падающей волны прекращается (при t = 0), энергия, заблокированная в слое, высвобождается.

«Наши теоретические выводы кажутся довольно противоречащими здравому смыслу. До того, как мы начали наши исследования, мы даже представить себе не могли, что можно« осуществить такой трюк »с прозрачной структурой», — говорит Денис Баранов, доктор наук. студент МФТИ и один из авторов исследования.«Однако именно математика привела нас к такому эффекту. Кто знает, электродинамика вполне может иметь и другие увлекательные явления».

Результаты исследования не только расширяют наше общее представление о том, как ведет себя свет при взаимодействии с обычными прозрачными материалами, но также имеют широкий спектр практических приложений. Например, накопление света в прозрачном материале может помочь разработать устройства оптической памяти, которые будут хранить оптическую информацию без каких-либо потерь и высвобождать ее при необходимости.

###

Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Светошумопоглощающие материалы и покрытия для производства

Точность — важная часть процесса проектирования и производства продукции. Без внимания к деталям весь проект может быть обречен на провал.Как производитель или руководитель проекта вы всегда должны стремиться к высочайшей точности и первоклассному качеству продукции. С того момента, как идея начинает крутиться у вас в голове, вы должны выбрать лучшие материалы, решить, какие методы и инструменты наиболее подходят для проекта, и собрать компетентную команду для его профессионального выполнения.

Однако иногда даже после тщательного планирования небольшая деталь проскальзывает, портит весь дизайн, например, слабая шумовая или световая изоляция.Поглощение света и шума жизненно важно для различных продуктов, особенно в автомобильной, космической, оборонной, приборостроительной, исследовательской и других подобных отраслях. Вы должны убедиться, что ваш продукт может принести максимальную пользу и соответствовать обещаниям конечного пользователя.

Источник: Acktar

Профессиональное решение для подавления света и шумоподавления может помочь вам избежать порчи вашего проекта и обеспечить лучшую позицию на рынке. Актар — один из примеров таких услуг. Acktar — мировой лидер в производстве светопоглощающих материалов и покрытий.Они производят материалы и покрытия Super Black для подавления рассеянного света и снижения шума в длинах волн VIS, SWIR и MWIR.

Покрытия Acktar для поглощения шума и света

Acktar имеет долгую историю производства первоклассных поглощающих материалов и покрытий. Они наносят покрытия на материалы Super Black (самый черный черный), Black Foils и Direct Coatings для затемнения оптико-механических компонентов, чтобы уменьшить рассеянный свет и улучшить качество изображения в оптических системах.Эти компоненты могут применяться в системах улавливания света, включая корпуса линз, перегородки, ИК-датчики, УФ-датчики, пассивные инфракрасные датчики, черные тела, датчики света, поглотители УФ-излучения и многое другое.

Acktar специализируется на:

Black Coatings

Компания поставляет передовое решение для оптического черного покрытия для подавления рассеянного света. Их черные покрытия поглощают свет во всем спектре, в ультрафиолетовых, видимых и инфракрасных длинах волн.Чтобы добиться максимального результата, они производят универсальные материалы Super Black.

Черная фольга и пленки с покрытием

Эта услуга выгодна компаниям, которым требуется большое количество покрытий и которые необходимо периодически обновлять. Фольга с покрытием и тонкие пленки также обычно используются для создания прототипов и проверки выполнимости перед серийным производством прямых покрытий на деталях. Продукт представляет собой покрытие «собственного производства» с возможностью прямого нанесения покрытия. Черная фольга и тонкопленочные покрытия доступны как с клейкой основой, так и без нее, а также в листах, штампах или рулонах.

Источник: Acktar

Почерневшие оптико-механические компоненты

Это стандартные детали, трубки, отводы луча, точечные отверстия и щели, которые были модернизированы покрытиями Acktar для повышения их способности снижать шум, устранять нежелательные отражения и повысить эффективность оптической системы. Acktar также предлагает свой уникальный HexaBlack ™ для подавления случайного попадания под углом

Микропланшеты и предметные стекла для микрочипов

Микропланшеты и предметные стекла для микрочипов с пористой поверхностью с высокой адсорбционной способностью для улучшения связывания белков и ДНК и прикрепления клеток.Преимущества Acktar — нулевая автофлуоресценция и отсутствие фонового шума, что снижает предел обнаружения в анализах.

Основные характеристики абсорбционных материалов и покрытий Acktar

Acktar стремится улучшить процессы проектирования продукции для компаний, которые борются с подавлением рассеянного света и снижением шума в высокоэффективных оптических системах. Они обеспечивают наивысшую доступную абсорбцию вместе с расширенными возможностями применения и преимуществами.

Некоторые из преимуществ и особенностей использования раствора Acktar:

• Абсорбционная способность до 99%
• Отличная адгезия к металлам, стеклу, керамике и полимерам
• Полностью неорганическое вещество и чрезвычайно низкое выделение газов
• Термическая стабильность — От 269 ° C до + 450 ° C (от 4 ° K до 623 ° K)
• Совместимость с высоким вакуумом 10 -11 мбар
• Тонкий, чтобы соответствовать острым краям
• Отсутствие образования частиц и высокая устойчивость к вибрации
• Электропроводность и Доступны непроводящие опции
• Устойчивость к истиранию и высокая стойкость к растворителям
• Соответствует REACH / RoHS, экологически чистая
• ISO 9001-2008 и AS 9100 rev 100% вторичная переработка

Подробнее о компании

Год основания В 1993 году компания Acktar разработала и произвела несколько самых черных покрытий, известных на сегодняшний день.Поскольку компания Acktar является лидером в области защиты от рассеянного света, решения по снижению шума очень много значат, но этого недостаточно. Актар также взял на себя ответственность за окружающую среду и упорно трудился над внедрением экологически рациональных методов производства и производства.

Покрытия и процессы нанесения покрытий Acktar исключают использование любых материалов, наносящих ущерб окружающей среде, и, как следствие, не образуют нежелательных отходов. Сам процесс представляет собой спроектированную поверхность с контролируемой топологией, созданную путем вакуумного осаждения неорганических и совершенно нетоксичных материалов.

Источник: Acktar

Покрытия на 100% соответствуют требованиям RoHS и REACH. Эти уникальные атрибуты имеют решающее значение для того, чтобы мир с каждым днем ​​«становился все зеленее». В то время как другие покрытия постепенно снимаются с рынка, Acktar Black Coatings никуда не денется.

Большинство крупных предприятий, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, биотехнологии и другие, будут настаивать на получении квалификации в соответствии с этими высокими стандартами. Покрытия Acktar Black в настоящее время используются во всем вышеперечисленном и во многих других по всему миру.

Покрытия Acktar могут быть нанесены на любую подложку, совместимую с вакуумом, от чего-то напечатанного на вашем 3D-принтере до высокотехнологичных механических деталей, от пластика до стекла, керамики, кремния, металлов и всего остального.

Поэтому, если вы ищете способы улучшить дизайн своей продукции и улучшить результаты производства, подумайте об использовании передовых абсорбирующих материалов и покрытий Acktar. Для получения дополнительной информации вы можете посетить Acktar, подключиться к LinkedIn или напрямую связаться с ними по mailto: info @ acktar.com.

Материал предлагает широкополосное избирательное поглощение света для использования в энергетике и обороне | Tech Pulse | Апрель 2017 г.

Новый класс поглотителей частиц, называемый переносимыми гиперболическими частицами метаматериала (THMMP), показал селективное, всенаправленное, настраиваемое широкополосное поглощение при плотной упаковке. Новый материал, который поглощает более 87 процентов ближнего ИК-света на длинах волн от 1200 до 2200 нм, с максимальным поглощением 98 процентов на длине волны 1550 нм, может использоваться в энергетике, автомобилестроении и малозаметных применениях.

Тонкий, гибкий, светопоглощающий материал, почти идеальный широкополосный поглотитель, может поглощать свет под любым углом. По словам исследователей, его можно настроить так, чтобы он поглощал свет определенных длин волн, позволяя проходить другим. Материалы, которые «идеально» поглощают свет, уже существуют, но они громоздкие и могут сломаться при сгибании. Кроме того, ими нельзя управлять для поглощения только выбранного диапазона длин волн.

---

Почти идеальный широкополосный поглотитель, тонкий, гибкий и прозрачный в видимом свете.Предоставлено инженерной школой Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.

---

Возможность настройки нового материала зависит от поверхностных плазмонных резонансов, которые возникают на поверхности металлических наночастиц при взаимодействии с определенными длинами волн света. Поскольку они могут нести большое количество свободных электронов, металлические наночастицы демонстрируют сильный поверхностный плазмонный резонанс в видимом свете, но не в ИК.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего предположили, что если бы они могли изменить количество свободных электронных носителей в металлических наночастицах на поверхности материала, они могли бы настроить поверхностный плазмонный резонанс материала на разные длины волн света.

«Уменьшите это число, и мы сможем перенести плазмонный резонанс в инфракрасный диапазон. Сделайте это число выше, с большим количеством электронов, и мы сможем перенести плазмонный резонанс в ультрафиолетовую область », — сказал профессор Дональд Сирбули.

Чтобы контролировать количество свободных электронных носителей на поверхности металла, исследователи построили поглотитель из оксида цинка и объединили его с его металлической версией, легированным алюминием оксидом цинка, который может удерживать достаточно большое количество свободных электронов, чтобы придают ему плазмонные свойства в ИК-диапазоне.

---

Схема массива нанотрубок. Предоставлено инженерной школой Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.

---

Материалы были объединены и структурированы с использованием технологий нанопроизводства, а затем нанесены по одному атомному слою на кремниевую подложку для создания массива стоячих нанотрубок, каждая из которых состоит из чередующихся концентрических колец оксида цинка и оксида цинка, легированного алюминием. Затем массив гиперболических нанотрубок был перенесен с кремниевой подложки на тонкий эластичный полимер.Материал проявлял механическую гибкость и видимую прозрачность, сохраняя при этом почти идеальное поглощение на длинах волн связи даже после переноса на полимер.

«Этот материал обеспечивает широкополосное, но избирательное поглощение, которое может быть настроено на отдельные части электромагнитного спектра», — сказал профессор Чжаовей Лю.

«Существуют различные параметры, которые мы можем изменить в этой конструкции, чтобы адаптировать полосу поглощения материала: размер зазора между трубками, соотношение материалов, типы материалов и концентрация электронных носителей.Наше моделирование показывает, что это возможно », — сказал исследователь Конор Райли.

---

СЭМ-изображения массива нанотрубок: вид сбоку (слева) и вид сверху (справа). Предоставлено инженерной школой Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс.

---

Конструкция на основе наночастиц потенциально может быть перенесена на любой тип подложки и может быть расширена для создания устройств с большой площадью поверхности, таких как широкополосные поглотители для больших окон.

Потенциальные области применения почти идеального широкополосного поглотителя включают прозрачные покрытия окон для зданий и автомобилей, устройства для повышения эффективности солнечных элементов и экраны для блокировки теплового обнаружения.Исследователи продолжают изучать различные материалы, геометрию и конструкцию, чтобы разработать поглотители, которые работают на разных длинах волн света для различных приложений.

Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (DOI: 10.1073 / pnas.1613081114).

Ультратонкий материал поглощает почти 100% света — ScienceDaily

Это кажется парадоксом: ультратонкий материал поглощает весь падающий свет. Тем не менее, он существует.

Детектор света Ideal

Два исследователя, Эдуард Дриссен, магистр наук, и доктор Мишель де Дуд, продемонстрировали, что нитрид ниобия (NbN) при толщине 4,5 нанометра является сверхабсорбирующим. Они зафиксировали почти 100% -ное поглощение света, в то время как лучшее поглощение света на сегодняшний день составляло 50%. Это исследование приближает идеальный детектор света.

Ячейка из этого материала уже может собирать свет и преобразовывать его в электрический сигнал. Большое количество загрузок указывает на то, что это исследование является особенным.

Углы и поляризация

У материалов, которые потенциально могут поглощать много света, есть проблема, заключающаяся в том, что они отражают падающий свет; они вообще очень хорошие зеркала. Но сколько света отражается и сколько поглощается, зависит от двух факторов: угла, под которым свет падает на материал, и поляризации (направления колебаний) света. Свет имеет два вида поляризации: s- и p-поляризацию.

Солнцезащитные очки Polaroid

хорошо используют эту характеристику.Поглощение света тонким слоем NbN максимально, если свет падает на него под углом 35º, и состоит только из s-поляризованного света. Достигнутая абсорбция составляет 94%. P-поляризованный свет полностью отражается. Под углом 46º поглощение для обоих направлений поляризации составляет 80%, что все еще очень хорошо.

Приложения

Это открытие натолкнуло Дриссена и Де Дуда на идею создания специального детектора. Они хотят использовать этот детектор для наблюдения за отдельными световыми частицами, фотонами.На сегодняшний день это было очень сложно, потому что поглощение было недостаточно высоким. Самая важная часть детектора — решетка из сверхабсорбирующих нитей NbN. Когда частица s-света падает на решетку, она поглощается. Отражается p-частица. Эта p-частица, в свою очередь, может быть собрана вторым детектором, так что весь свет будет обнаружен.

Расчеты показывают, что длина волны (цвет) световой частицы практически не влияет. Таким образом, детектор может также использоваться для частиц с совершенно разными длинами волн, например, в системах обнаружения для телекоммуникаций и инфракрасного оборудования.

Исследование проводится в сотрудничестве с Делфтским университетом и будет частично финансироваться Нидерландской организацией научных исследований (NWO) и Фондом фундаментальных исследований материалов (FOM).

История Источник:

Материалы предоставлены Лейденским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Поглощение, отражение и пропускание света

Ранее мы узнали, что волны видимого света состоят из непрерывного диапазона длин волн или частот.Когда световая волна с единственной частотой ударяет по объекту, может произойти несколько вещей. Световая волна может поглощаться объектом, и в этом случае его энергия преобразуется в тепло. Световая волна могла отражаться от объекта. И световая волна могла передаваться объектом. Однако редко бывает, чтобы на объект попадала всего одна частота света. Хотя это действительно происходит, чаще всего видимый свет многих частот или даже всех частот падает на поверхность объектов.Когда это происходит, объекты имеют тенденцию выборочно поглощать, отражать или пропускать свет определенных частот. То есть один объект может отражать зеленый свет, поглощая все остальные частоты видимого света. Другой объект может выборочно пропускать синий свет, поглощая при этом все другие частоты видимого света. Способ взаимодействия видимого света с объектом зависит от частоты света и природы атомов объекта. В этом разделе Урока 2 мы обсудим, как и почему свет определенных частот может избирательно поглощаться, отражаться или пропускаться.

Поглощение видимого света

Атомы и молекулы содержат электроны. Часто бывает полезно думать об этих электронах как о прикрепленных к атомам пружинах. Электроны и прикрепленные к ним пружины имеют тенденцию колебаться на определенных частотах. Подобно камертону или даже музыкальному инструменту, электроны атомов имеют собственную частоту, на которой они склонны колебаться. Когда световая волна с той же собственной частотой падает на атом, электроны этого атома приходят в колебательное движение.(Это просто еще один пример принципа резонанса, представленного в Разделе 11 учебного курса по физике.) Если световая волна заданной частоты ударяет в материал с электронами, имеющими одинаковые частоты колебаний, то эти электроны будут поглощать энергию света. волна и преобразовать ее в колебательное движение. Во время своего колебания электроны взаимодействуют с соседними атомами таким образом, чтобы преобразовать его колебательную энергию в тепловую. Впоследствии световая волна с данной частотой поглощается объектом и никогда больше не будет выпущена в виде света.Таким образом, избирательное поглощение света конкретным материалом происходит потому, что выбранная частота световой волны совпадает с частотой, с которой колеблются электроны в атомах этого материала. Поскольку разные атомы и молекулы имеют разные собственные частоты колебаний, они избирательно поглощают разные частоты видимого света.

Отражение и пропускание видимого света

Отражение и передача световых волн происходит потому, что частоты световых волн не совпадают с собственными частотами колебаний объектов.Когда световые волны этих частот попадают на объект, электроны в его атомах начинают колебаться. Но вместо резонансных колебаний с большой амплитудой электроны колеблются в течение коротких периодов времени с небольшими амплитудами колебаний; затем энергия переизлучается в виде световой волны. Если объект прозрачен, то колебания электронов передаются соседним атомам через массу материала и повторно излучаются на противоположной стороне объекта. Говорят, что такие частоты световых волн составляют переданных .Если объект непрозрачен, то колебания электронов не передаются от атома к атому через объем материала. Скорее электроны атомов на поверхности материала колеблются в течение коротких периодов времени, а затем переизлучают энергию в виде отраженной световой волны. Говорят, что такие частоты света отражаются .

Откуда цвет?

Цвет объектов, которые мы видим, во многом зависит от того, как эти объекты взаимодействуют со светом и в конечном итоге отражают или передают его нашим глазам.Цвет объекта на самом деле не находится внутри самого объекта. Скорее, цвет заключается в свете, который падает на него и в конечном итоге отражается или передается нашим глазам. Мы знаем, что спектр видимого света состоит из диапазона частот, каждая из которых соответствует определенному цвету. Когда видимый свет падает на объект и поглощается определенная частота, эта частота никогда не достигает наших глаз. Любой видимый свет, падающий на объект и отражающийся или проходящий в наши глаза, будет способствовать цветовому восприятию этого объекта.Таким образом, цвет не в самом объекте, а в свете, который падает на объект и в конечном итоге достигает нашего глаза. Единственная роль, которую играет объект, состоит в том, что он может содержать атомы, способные избирательно поглощать одну или несколько частот видимого света, падающего на него. Таким образом, если объект поглощает все частоты видимого света, кроме частоты, связанной с зеленым светом, то объект будет зеленым в присутствии ROYGBIV. И если объект поглощает все частоты видимого света, кроме частоты, связанной с синим светом, то объект будет казаться синим в присутствии ROYGBIV.

Рассмотрим две диаграммы ниже. На схемах изображен лист бумаги, освещенный белым светом (ROYGBIV). Бумага пропитана химическим веществом, способным поглощать один или несколько цветов белого света. Такие химические вещества, которые способны избирательно поглощать один или несколько частот белого света, известны как пигменты , . В примере А пигмент на листе бумаги способен поглощать красный, оранжевый, желтый, синий, индиго и фиолетовый. В примере B пигмент на листе бумаги способен поглощать оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.В каждом случае отражается любой цвет, который не поглощается.

Проверьте свое понимание этих принципов, определив, какой цвет (цвета) света отражается бумагой и какого цвета бумага будет казаться наблюдателю.

Прозрачные материалы — это материалы, которые позволяют пропускать через них одну или несколько частот видимого света; какой бы цвет (а) не передавался / не передается такими объектами, обычно они поглощаются.Внешний вид прозрачного объекта зависит от того, какой цвет (а) света падает на объект и какой цвет (а) света проходит через объект.

Выразите свое понимание этого принципа, заполнив пробелы на следующих диаграммах.

Цвета, воспринимаемые объектами, являются результатом взаимодействия между различными частотами видимых световых волн и атомами материалов, из которых состоят объекты.Многие объекты содержат атомы, способные либо избирательно поглощать, либо отражать, либо передавать одну или несколько частот света. Частоты света, которые передаются или отражаются нашими глазами, влияют на цвет, который мы воспринимаем.

Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного средства сценического освещения. Интерактивный элемент находится в разделе Physics Interactives нашего веб-сайта и позволяет учащемуся изучить внешний вид актеров на сцене при освещении различными комбинациями красного, зеленого и синего света.

Проверьте свое понимание

1. Натурфилософы давно размышляли о причинах, лежащих в основе цвета в природе.Одно из распространенных исторических убеждений заключалось в том, что цветные объекты в природе производят мелкие частицы (возможно, легкие), которые впоследствии достигают наших глаз. Разные объекты производят частицы разного цвета, что способствует их разному внешнему виду. Верно это мнение или нет? __________________ Обосновать ответ.

2. Какого цвета появляется красная рубашка, когда свет в комнате выключен и в комнате совсем темно? ____________ А как насчет синей рубашки? ____________… зеленая рубашка? ____________

3. На схемах изображен лист бумаги, освещенный белым светом (ROYGBIV). Бумага пропитана химическим веществом, способным поглощать один или несколько цветов белого света. В каждом случае определите, какой цвет (а) света отражается бумагой и какого цвета бумага будет казаться наблюдателю.

4.Внешний вид прозрачного объекта зависит от того, какие цвета света падают на объект и какие цвета света проходят через объект. Выразите свое понимание этого принципа, определив, какой цвет (а) света будет передаваться и какой цвет будет казаться наблюдателю на бумаге.

Поглощение света — WikiLectures

послать

Спасибо за ваши Коментарии.

Спасибо за просмотр этой статьи.

Ваш отзыв не был вставлен (допускается один отзыв на статью в день)!

Поглощение света — это процесс поглощения света и преобразования его в энергию. Примером этого процесса является фотосинтез растений. Однако поглощение света происходит не только у растений, но у всех живых существ / неорганических веществ. Поглощение зависит от электромагнитной частоты света и природы атомов объекта.Таким образом, поглощение света прямо пропорционально частоте. Если они дополняют друг друга, свет поглощается. Если они не дополняют друг друга, свет проходит через объект или отражается. Эти процессы обычно происходят одновременно, потому что свет обычно передается на разных частотах. (Например, солнечный свет также включает свет различной частоты: от 400 до 800 нм). Следовательно, большинство объектов выборочно поглощают, пропускают или отражают свет. Когда свет поглощается, выделяется тепло.Таким образом, избирательное поглощение света конкретным материалом происходит потому, что частота световой волны совпадает с частотой, с которой колеблются электроны в атомах этого материала.

Поглощение зависит от состояния электрона объекта. Все электроны колеблются с определенной частотой, которая известна как их «собственная» частота. Когда свет взаимодействует с атомом той же частоты, электроны атома возбуждаются и начинают колебаться. Во время этой вибрации электроны атома взаимодействуют с соседними атомами и преобразуют эту колебательную энергию в тепловую.Следовательно, световая энергия больше не видна, поэтому поглощение отличается от отражения и пропускания. А поскольку разные атомы и молекулы имеют разные собственные частоты колебаний, они избирательно поглощают разные частоты видимого света.

Как было сказано выше, все способно поглощать свет. Например, органические молекулы хорошо поглощают свет. Если в органической молекуле есть электроны с высокой собственной частотой, они поглощают свет с высокой частотой.Чем длиннее сопряженная система (сопряженная система — это система связанных пи-орбиталей с делокализованными электронами), тем больше длина волны поглощаемого света.

Другой пример. Представим, что мы гуляем по парку, где много травы и много красивых цветов. Как вы уже знаете, все живое имеет свой цвет. Из этого можно сделать вывод, что все живые или неорганические предметы одновременно отражают, поглощают и пропускают свет. Каждая материя имеет свою собственную частоту, на которой его электроны колеблются, поэтому, если частоты дополняют друг друга, свет поглощается, но, с другой стороны, если частоты не дополняют друг друга, свет отражается или передается.Цвета, которые мы видим вокруг себя, являются результатом передачи, поглощения и отражения света, вызванного некомплементарными частотами.

Опираясь на этот метод, физики могут определять и идентифицировать свойства и материальный состав объекта, наблюдая, какие частоты света он поглощает. В то время как некоторые материалы непрозрачны для некоторых длин волн света, они прозрачны для других. Например, дерево непрозрачно для всех форм видимого света. С другой стороны, стекло и вода непрозрачны для ультрафиолетового света, но прозрачны для видимого света.

Поглощение света и цвета [править | править источник]

Для поглощения электромагнитного излучения требуется противоположное поле, то есть поле, которое имеет противоположный коэффициент в том же режиме. Хороший пример этого — цвет. Если материал или вещество поглощают свет определенных длин волн (или цветов) спектра, наблюдатель не увидит эти цвета в отраженном свете. С другой стороны, если определенные длины волн цветов отражаются от материала, это те цвета, которые увидит наблюдатель.Например, листья содержат пигмент хлорофилл, который поглощает синий и красный цвета спектра и отражает зеленый цвет, поэтому листья кажутся зелеными. Невооруженным глазом отраженный свет часто кажется преломленным в несколько цветов спектра. В результате поглощение света связано с частотой вещества (и частотой света также) и длиной волны света.

Статьи по теме [редактировать | править источник]

Внешние ссылки [править | править источник]

Библиография [править | править источник]

http: // en.wikipedia.org/wiki/Absorption_%28electromagnetic_radiation%29
http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=930 (журнал, написанный доктором Джуну Пак)

.

No related posts.