Самый темный объект. Самый черный материал появился в форме спрея. Самый сильный магнит

Насколько глубоким может быть черный цвет? Давайте проверим. Британской компанией было создано вещество, которое является самым черным материалом в мире и называется оно - вантаблэк. До этого времени такая разновидность никому не была известна. Это изобретение раз и навсегда поменяло представление людей о нашей Вселенной. Что это за материал? Какими он обладает свойствами? Где его можно использовать? Об этом загадочном и уникальном изобретении и пойдет речь в статье.

История открытия

Попытки создания абсолютного предпринимались учеными со всего мира неоднократно. Впервые такой материал был представлен на суд публике в 2008 году. Он отражал 0,045 волн светового спектра. В июле 2014 года ученые из Великобритании представили самый черный материал на свете - вантаблэк, показатели светоотражения которого составили - 0,036.

Состав

Новооткрытое вещество способно поглощать 99,9 % света, радиоволн и микроволн. Исследованиями свойств и характеристик вантаблэка занимались ученые из Великобритании под руководством Дженсона Бена.

Вантаблэк создан из совокупности Что это значит? Если человеческий волос расчленить на 10 тысяч слоев - один из них и представляет собой размер одной такой нанотрубки углерода. Общий состав вещества можно представить в виде заросшего травой поля, попавшая частичка света отскакивает от одной травинки к другой. Эти травинки поглощают свет, отражая лишь малую его часть.

Технология создания таких трубок не новая, но Дженсону и его команде удалось найти новаторские способы их применения. Они изобрели способ соединения их с материалами, которые используют в современных спутниках и телескопах. Самым распространенным в быту подобным материалом является алюминиевая фольга.

Использование вантаблэка в телескопах и спутниках поможет сделать снимки Вселенной и земного шара более четкими, чем они были раньше. Дело в том, что внутри устройства присутствует рассеянный свет, что приводит к увеличению шумов, в результате чего снимки не получаются четкими. Использование самого черного материала внутри телескопа для покрытия перегородок и пластин диафрагмы, приведет к уменьшению рассеивания света. Это улучшит качество космических снимков.

С точки зрения физической науки, создать материал, который может поглощать 100 % света, невозможно. Следовательно, изобретение вантаблэка (самый черный материал на планете) можно смело назвать прорывом в науке на грани фантастики.

Процесс создания

Разработчики не разглашают подробную информацию о процессе создания самого черного материала. Известно только то, что для основы были взяты нанотрубки, которые выращивают при температуре боле 430 ºС в специальной камере-лаборатории. Материал состоит из миллиона таких фрагментов, толщина которых 20 нанометров (в 1 см 2 вантаблэка содержится около 1 миллиарда нанотрубок). Свет, попадая между трубок, отражается между ними и не имеет возможности выйти наружу, что создает эффект абсолютной черноты. Такой же процесс можно наблюдать, если представить, что прогуливаешься по лесу, в котором высота деревьев 3-4 км. В таком месте нижние ярусы не будут видеть солнечного света никогда.

Были проведены опыты с новым самым черным материалом на свете. На поверхность воды опускали алюминиевый диск, который не тонул, и оставался абсолютно сухим, когда его вытаскивали из жидкости. Это объясняется тем, что у материала низкая энергия поверхности. Это позволяет ему держаться на поверхности.

Характеристики

Итак, какой самый черный материал, существующий в настоящее время в мире? Конечно, это вантаблэк. В настоящее время учеными были усовершенствованы свойства этого материала. Новое вещество назвали вантаблэк 2. Коэффициент его светоотражения пока определить невозможно, так как не существует еще таких приборов, но он близок к нулю.

Специалисты наглядно продемонстрировали оптические свойства вещества. Эта субстанция с необычным покрытием создает иллюзию бездонной пустоты. Свет, попадая в область черного тела вещества, пропадает с поля зрения. Ученые объясняют это явления тем, что рассеивание фотонов света происходит между бесчисленными нанотрубками, частицы света отражаются неимоверное количество раз и постепенно поглощаются элементами материала.

Уникальные особенности

Уникальными особенностями самого черного материала является то, что кроме светового спектра, поглощаются ультрафиолетовые, инфракрасные и электромагнитные волны.

Но на этом уникальность его не заканчивается, он обладает следующими показателями и характеристиками:

Реакция человеческого глаза на материал

Интересной для ученых оказалась и реакция человеческого глаза на самый черный материал на земле. Благодаря тому, что практически отсутствует отраженный свет, мозг воспринимает это не как черный предмет, а как провал в черную дыру или бездну, как двухмерную черноту. Как это понимать? Человек, который смотрит на вантаблэк, не воспринимает его как нечто материальное. Его мозг сообщает, что это какой-то провал или дыра.

Этот эффект материала заинтересовал ученых, но больше всего это вызвало интерес у художников и скульпторов, которые заявили, что это вещество будет очень эффектно смотреться при изображении космоса.

Возможные сферы применения

вантаблэк и вантаблэк 2 - это уникальные вещества, аналогов которым нет в мире. Они рассматриваются как перспективный материал, который можно применять во многих сферах деятельности человека.

Вместо заключения

Конечно, это не весь спектр всевозможных областей применения вантаблэка. Его свойства продолжают изучать ученые. Однако, уже сейчас можно уверенно сказать, что это прорыв в науке фантастического масштаба, который навсегда изменит наше представление о Земле и космосе.

Человек всегда стремился отыскать материалы, которые не оставляют никаких шансов своим конкурентам. Издревле учёные искали самые твердые материалы в мире , самые лёгкие и самые тяжелые. Жажда открытий привела к открытию идеального газа и идеально чёрного тела. Представляем вам самые удивительные вещества в мире.

1. Самое черное вещество

Самое чёрное вещество в мире называется Vantablack и состоит из совокупности углеродных нанотрубок (см. углерод и его аллотропные модификации). Проще говоря, материал состоит из бесчисленного множества «волосков», попав в которые, свет отскакивает от одной трубки к другой. Таким образом поглощается около 99,965% светового потока и лишь ничтожная часть отражается обратно наружу.
Открытие Vantablack открывает широкие перспективы применения этого материала в астрономии, электронике и оптике.

2. Самое горючее вещество

Трифторид хлора является самым горючим веществом из когда-либо известных человечеству. Является сильнейшим окислителем и реагирует практически со всеми химическими элементами. Трифторид хлора способен прожечь бетон и легко воспламеняет стекло! Применение трифторида хлора практически невозможно из-за его феноменальной воспламеняемости и невозможности обеспечить безопасность использования.

3. Самое ядовитое вещество

Самый сильный яд — это ботулотоксин. Мы знаем его под названием ботокс, именно так он называется в косметологии, где нашел свое основное применение. Ботулотоксин — это химическое вещество, которое выделяют бактерии Clostridium botulinum. Помимо того, что ботулотоксин — самое ядовитое вещество, так он ещё и обладает самой большой молекулярной массой среди белков. О феноменальной ядовитости вещества говорит тот факт, что достаточно всего 0,00002 мг мин/л ботулотоксина, чтобы на полдня сделать зону поражения смертельно опасной для человека.

4. Самое горячее вещество

Это, так называемый, кварк-глюонная плазма. Вещество было создано с помощью столкновением атомов золота при почти световой скорости. Кварк-глюонная плазма имеет температуру 4 триллиона градусов Цельсия. Для сравнения, этот показатель выше температуры Солнца в 250 000 раз! К сожалению, время жизни вещества ограничено триллионной одной триллионной секунды.

5. Самая едкая кислота

В этой номинации чемпионом становится фторидно-сурьмяная кислота H. Фторидно-сурьмяная кислота в 2×10 16 (двести квинтиллионов) раз более едкая, чем серная кислота. Это очень активное вещество, которое может взорваться при добавлении небольшого количества воды. Испарения этой кислоты смертельно ядовиты.

6. Самое взрывоопасное вещество

Самое взрывоопасное вещество — гептанитрокубан. Он очень дорогой и применяется лишь для научных исследований. А вот чуть менее взрывоопасный октоген успешно применяется в военном деле и в геологии при бурении скважин.

7. Самое радиоактивное вещество

«Полоний-210» — изотоп полония, который не существует в природе, а изготавливается человеком. Используется для создания миниатюрных, но в тоже время, очень мощных источников энергии. Имеет очень короткий период полураспада и поэтому способен вызывать тяжелейшую лучевую болезнь.

8. Самое тяжёлое вещество

Это, конечно же, фуллерит. Его твердость почти в 2 раза выше, чем у натуральных алмазов. Подробнее о фуллерите можно прочитать в нашей статье Самые твердые материалы в мире .

9. Самый сильный магнит

Самый сильный магнит в мире состоит из железа и азота . В настоящее время, широкой общественности недоступны детали об этом веществе, однако уже сейчас известно, что новый супер-магнит на 18% мощнее самых сильных магнитов применяющихся сейчас — неодимовых. Неодимовые магниты изготавливаются из неодима, железа и бора.

10. Самое текучее вещество

Сверхтекучий Гелий II почти не имеет вязкости при температурах близких к абсолютному нулю. Этим свойством обусловлено его уникальное свойство просачиваться и выливаться из сосуда, изготовленного из любого твёрдого материала. Гелий II имеет перспективы использования в качестве идеального термопроводника, в котором не рассеивается тепло.

Vantablack, самый темный материал в мире, был изобретен в Великобритании в 2014 году. Он состоит из вертикально ориентированных массивов углеродных нанотрубок и поглощает 99,9% падающего на него излучения: фотоны теряются между нанотрубками и не отражаются обратно, превращаясь в тепло.

Теперь Vantablack вышел в форме спрея, сообщается на сайте компании-производителя Surrey NanoSystems .

В таком виде он способен поглотить 99,8% инфракрасного, ультрафиолетового и видимого излучения и, как и предшественник, позволяет скрыть объем какого-либо объекта, визуально превратив его в черную дыру. С помощью спрея, получившего название Vantablack S-VIS, теоретически можно покрывать Vantablack крупные объекты, вплоть до истребителей.

В 2016 году создатели Vantablack — компания Surrey NanoSystems — довели светопоглощающую способность материала до такой степени, что ни один спектрометр был не в состоянии определить даже один квант света, отраженного Vantablack.

«Даже свет от мощной лазерной указки практически не отражается», — сообщили они.

До этого не существовало материала, отраженный в инфракрасном диапазоне свет от которого не мог бы уловить спектрометр.

Как говорят исследователи, когда отражательная способность полностью блокирована, возникает идеальная черная поверхность. Подобный эффект возник бы, например, если бы в лесу росли деревья высотой три километра, блокирующие все попадающие на них лучи света. Внешне объект, покрытый Vantablack, выглядит как бездонная черная дыра.

А тем временем инженеры тоже создали суперчерный материал из нанотрубок, способный поглощать 99,9% света. В 2014 году на Международной космической станции были проведены его испытания. Джон Хагопян, один из разработчиков, рассказал, что материал можно будет использовать для покрытия спутниковых элементов управления, дефлекторов, абсорберов сверхпроводящих детекторов. Также их можно использовать в коронографах — специальных телескопах, позволяющих наблюдать за солнечной короной вне затмений.

Для повседневного использования Vantablack пока не подходит, нанотрубки — слишком нежный материал. Но в будущем, считает технический директор компании Surrey NanoSystems Бен Дженсен, он найдет широкое применение в автомобильной промышленности.

Светопоглощающее покрытие можно будет использовать, например, для беспилотных автомобилей.

«Если солнечные лучи ослепляют систему видения, это сказывается на безопасности поездки, — отмечает он. — С помощью технологий можно улучшить подавление этого света».

Существует еще много вариантов применений Vantablack — от улучшения работы инфракрасных камер до защиты человека от радиации. Его можно использовать для увеличения поглощения тепла в материалах, используемых в технологиях по концентрации солнечной энергии и в военной промышленности для создания «температурного камуфляжа». А известный скульптор предложил использовать его в роли краски для изображения бездонного космоса.

Инженеры-физики из британской компании Surrey Nanosystems разработали 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.

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.

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.

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 материала Vantablack® 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.

Ученые нашли способ заглянуть в самое сердце тьмы. А если без шуток, темное нечто на представленных в этом тексте изображениях не является порталом в другое измерение, но в то же время и не является «фотошопом». Это реальные физические объекты, которые были покрыты Vantablack – самым темным материалом из известных науке.

Если вы не в курсе, и вскоре после этого был объявлен самым темным из когда-либо создавшихся в лабораториях материалом, способным поглощать 99,96 процента видимого, ультрафиолетового и инфракрасного света.

После серии экспериментов с этим материалом компанией Surrey NanoSystems, которая, к слову, его и создала, в начале 2016 года было объявлено, что в мире нет ни одного спектрометра, который обладал бы достаточной мощностью для измерения того, сколько на самом деле этот материал может поглощать света.

«Даже при направленном на него луче высокомощного лазера этот материал практически ничего не отражает. До этого мы не создавали настолько «темный» материал, поэтому у нас просто нет подходящих спектрометров, которые могли бы с максимальной точностью показать уровень отражения в инфракрасном диапазоне», — говорят создатели Vantablack.

Материал решили сделать более практичным, поэтому исследователи создали «спрей-версию» Vantablack, которая, конечно, получилась не такой темной – материал на основе спрея поглощает «только» 99,8 процента ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, — но вполне способна визуально делать трехмерные объекты похожими на двухмерные.

Просто посмотрите на изображение ниже и убедитесь сами:

Так как же эта штука работает?

В своей основе оригинальный материал Vantablack не является краской, красителем или тканью. Это специальное покрытие, созданное на базе миллионов углеродных нанотрубок диаметром около 20 нанометров (примерно в 3500 раз меньше диаметра человеческого волоса) и длиной от 14 до 50 микрон (1 нанометр равен 0,001 микрона). Другими словами, поверхность площадью 1 квадратный сантиметр может содержать около 1 миллиарда этих крошечных нанотрубок. Когда свет попадает на поверхность, покрытую Vantablack, фотоны заполняют промежутки между нанотрубками и фактически остаются взаперти, начиная просто отскакивать от молекул материала внутри.

«Практически полное отсутствие рефлекторной способности позволяет создать практически идеальную черную поверхность», — говорят исследователи.

«Для понимания этого эффекта попробуйте представить себя идущим по лесу, высота деревьев которого составляет около 3-х километров вместо обычных 10-20 метров. Легко представить, насколько мало света сможет вас достигнуть».

Материал Vantablack настолько темный, что человеческий глаз практически неспособен его воспринимать, так как нашему мозгу требуется наличие отражающегося света, чтобы можно было понимать, что находится прямо перед нашими глазами. Создатели материала заявляют, что люди, смотрящие на материал, испытывают некоторую степень замешательства, а некоторые вообще говорят, что при просмотре на Vantablack видят не физический объект, а скорее какую-то бездонную черную дыру.

Спрей-версия материала называется Vantablack S-VIS и позволяет использовать материал на более широком наборе различных поверхностей. Одна из потенциальных сфер применения — создание настоящих самолетов-невидимок.

А вот так выглядит трехмерная маска с распыленным на нее Vantablack. Нашему мозгу может показаться, что маску просто вырезали тем же «фотошопом».

А вот фотография сферического объекта, покрытого Vantablack S-VIS.