Naukowcy z singapurskiej grupy Nipsea opracowali nową ultraczarną powłokę, która pochłania aż 99,9% światła widzialnego. Efekt jest tak niezwykły, że pokryte nią obiekty mogą wyglądać jak płaskie sylwetki lub wręcz „dziury w rzeczywistości”. Co ważne, nowa technologia została zaprojektowana z myślą o zastosowaniu w motoryzacji.
Jeszcze kilka lat temu świat zachwycał się Vantablack – materiałem uznawanym za jeden z najczarniejszych, jakie kiedykolwiek stworzono. Powłoka opracowana przez brytyjską firmę Surrey NanoSystems potrafi pochłaniać niemal całe padające na nią światło, sprawiając, że ludzkie oko przestaje dostrzegać kształty i głębię obiektów.
To właśnie dlatego pokryty Vantablackiem koncepcyjny BMW X6 zaprezentowany w 2019 roku wyglądał bardziej jak czarna sylwetka wycięta z otoczenia niż rzeczywisty samochód.
Teraz jednak naukowcy z singapurskiej firmy Nipsea twierdzą, że stworzyli materiał, który może być bardziej praktyczny i jednocześnie równie spektakularny wizualnie.
Nowa ultraczarna farba pochłania 99,9% światła
Badacze opisali swoją technologię w czasopiśmie naukowym Matter & Light. Opracowana przez nich powłoka pochłania średnio 99,9% światła widzialnego, co oznacza, że odbija zaledwie około 0,08% promieniowania.
Dla porównania, klasyczny Vantablack odbija około 0,05% światła, a najlepsze laboratoryjne struktury z pionowo ustawionych nanorurek węglowych osiągają poziom około 0,04%.
W praktyce oznacza to, że powierzchnia pokryta nową farbą wydaje się niemal całkowicie pozbawiona szczegółów. Linie nadwozia, załamania blach czy elementy konstrukcyjne mogą stać się praktycznie niewidoczne dla obserwatora.
Sekret tkwi w nanorurkach węglowych
Kluczem do sukcesu okazało się połączenie dwóch materiałów: sadzy technicznej (carbon black) oraz nanorurek węglowych (carbon nanotubes).
Naukowcy wykorzystali naturalne oddziaływanie między tymi strukturami, dzięki czemu cząsteczki ułożyły się w charakterystyczną sieć przypominającą połączone punkty. Powstała w ten sposób mikroskopijna struktura działa jak pułapka na światło.
Promienie wpadają do wnętrza materiału i wielokrotnie odbijają się od ścianek nanostruktur, tracąc energię zamiast wracać do obserwatora.
Efekt końcowy przypomina optyczną czarną dziurę.
Chiny chcą coraz bardziej czarnych samochodów
Według zespołu badawczego jednym z głównych powodów opracowania nowej technologii jest rosnące zainteresowanie luksusowymi samochodami w Chinach.
Jak podkreślają autorzy projektu, głęboka czerń od lat jest kojarzona z prestiżem, elegancją i ekskluzywnością. W segmencie premium kolor nadwozia coraz częściej staje się jednym z kluczowych argumentów zakupowych.
Nowa powłoka mogłaby pozwolić producentom samochodów wyróżnić swoje modele na tle konkurencji, oferując efekt wizualny praktycznie niemożliwy do osiągnięcia tradycyjnymi lakierami.
Problem: samochód może wyglądać jak płaski cień
Ultraczarne powłoki mają jednak pewną wadę. Im mniej światła odbija powierzchnia, tym trudniej ludzkiemu mózgowi interpretować jej kształt.
To właśnie dlatego samochody pokryte podobnymi materiałami mogą wyglądać jak dwuwymiarowe obiekty. Niektórzy internauci opisują ten efekt jako wrażenie „zhakowania mózgu”.
BMW podczas prezentacji swojego Vantablack X6 zwracało uwagę, że ekstremalnie ciemna powierzchnia niemal całkowicie usuwa wizualne detale nadwozia.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa drogowego mogłoby to stanowić wyzwanie, szczególnie w słabych warunkach oświetleniowych.
Jak naukowcy rozwiązali problem widoczności?
Aby zachować efekt głębokiej czerni, a jednocześnie nie zamienić samochodu w poruszającą się czarną plamę, badacze zastosowali błyszczącą warstwę ochronną nakładaną na ultraczarną powłokę.
Dzięki temu testowy model pojazdu zachował wrażenie trójwymiarowości, a jednocześnie nadal prezentował niezwykle niski poziom odbicia światła.
Rozwiązanie może okazać się kluczowe dla komercyjnego wykorzystania technologii.
Farba przeszła testy wytrzymałościowe
Jednym z największych problemów wcześniejszych ultraczarnych materiałów była ich ograniczona trwałość. Powłoki bazujące wyłącznie na nanorurkach węglowych często miały problemy z przyczepnością do podłoża.
Zespół Nipsea przeprowadził więc serię testów odpornościowych.
Próbki pokryte nową farbą przez 10 dni znajdowały się w wodzie o temperaturze 40 stopni Celsjusza, a przez kolejne 14 dni były wystawione na działanie wilgotności sięgającej 95%.
Po zakończeniu badań naukowcy nie zaobserwowali znaczących uszkodzeń ani utraty właściwości powłoki. Materiał pozytywnie przeszedł również standardowe testy przyczepności.
Do seryjnej produkcji jeszcze daleka droga
Choć wyniki są bardzo obiecujące, autorzy projektu przyznają, że technologia nadal wymaga dalszych prac.
Największym wyzwaniem pozostaje uproszczenie procesu produkcji materiałów zawierających nanorurki węglowe oraz dostosowanie ich do masowej produkcji przemysłowej.
Jeżeli jednak te problemy uda się rozwiązać, za kilka lat na drogach mogą pojawić się samochody tak czarne, że będą wyglądały jak poruszające się cienie lub fragmenty pustej przestrzeni wycięte z rzeczywistości.
Foto: BMW/YouTube.