Vantablack：何處為世界最黑材料的用武之地？

材料牛注：地球上的“黑洞”終于現身，這個超乎想象的新材料給科學家和藝術家們帶來了巨大的驚喜。美中不足的是，目前Vantablack材料僅可應用于太空中，未來我們究竟能否披上隱身披風呢？

圖1 兩個相同的青銅鑄件，其中一個涂有Vantablack材料

2014年，當世界上最黑暗的材料成為頭條新聞，專家們就預測：它將用于制造隱身軍用飛機、改造我們的望遠鏡，同時推動黑色高科技的發展新趨勢。Vantablack由英國技術公司Surrey NanoSystems發明，是一種深黑色材料，可吸收99.96％的光。

用它涂覆三維實體，可在視覺上將物體變成平的、肉眼觀察不到任何形狀的黑“洞”。根據Surrey NanoSystems首席技術官Ben Jensen的說法，經過早期的大肆宣揚，Vantablack在現實中真正得到應用時已是它首次發布的三年后。

他表示，該公司目前正在努力實現Vantablack的一系列應用，這些應用大多數是可預見的，雖然尚未涉及黑色隱身噴氣機。“Vantablack的潛在應用正在被不斷開發，簡單來說我們每天都能開發出一些新應用，其中一些還是相當大規模的應用。”他說，“Vantablack的市場正在不斷擴大，對我們來說，最大的挑戰在于如何將其生產規模進一步擴大，從而盡快滿足這種需求。”

圖2 將Vantablack涂覆到一片鋁箔上

納米管森林

從“催化劑顆粒”（顆粒尺寸小于等于1-2納米）開始建立Vantablack涂層，在用氣體飽和后，使其生長成碳納米管，每平方厘米的涂層約有十億納米管。

間隔均勻的納米管結構，不會分離太遠、也不會太密集，它允許光子進入納米管之間的空隙，并被納米管所吸收，就猶如光落在大樹林里的樹干上并被其吸收。其中涂層反射光的一小部分來自撞擊納米管最頂部的光子。

Jensen先生說：“涂層本身看起來毫不顯眼，如果不把它與其他黑色材料對比，單獨在一個平面上看它，它看起來就像普通的黑色天鵝絨表面。”但當將它與其他黑色表面并排放置時，它們看起來便為灰色。將它應用于3D對象時，它們幾乎消失在一個無形的二維輪廓中。

“如果你在一個3D對象上看到它，例如有褶皺的箔片，涂層面看起來仍像一個黑色的二維平面，只有當你把它翻轉起來，你才能意識到它有很多維度，并發現它多么的與眾不同，”Jensen先生說。

Vantablack是由具有超過99％空曠空間的精細碳納米管制成的，因此觸摸Vantablack將會損害涂層的效果。如果將它放置在不受干擾的地方——比如儀器內部，在這個空間里，它將會像一個黑洞，吸收任何照射向它的光。

空間中的Vantablack

由于具有吸光特性，Vantablack可以應用于改進現存的空間技術，以防不利的反射光干擾星體跟蹤定位器、望遠鏡等儀器。2015年12月這種超級黑色涂層首次亮相于歐洲的微型衛星上。

Jensen先生說，在衛星的星體跟蹤定位器中使用的這種涂層提高了衛星的監測能力——衛星通過吸收進入傳感器的雜散光來監測其相對于星星的位置，沒有了該涂層儀器的精度將受到影響。“人們總是認為太空是真正黑暗的，但實際上它明亮得令人難以置信，因為太陽就像一個巨大的弧光燈，地球和月亮產生反射光，相比之下其他星星就顯得相當昏暗了，”他說。

“這種材料可幫助星體跟蹤定位器提高性能，同時降低衛星的質量。”Surrey Nano Systems目前正在嘗試Vantablack的另一空間應用——用Vantablack涂覆地球觀測衛星的基板，在衛星攝像機拍照前對其進行校準。

Vantablack還可應用于紅外傳感器，這一應用隨后已被美國紅外儀器制造商收購。Jensen先生說，這種涂層將有助于提高紅外成像系統的信噪比，從而消防隊員能用其來檢測火災發生地區、火災區域中人體的熱信號。

“他們在受災區域中尋找生命體，并希望獲得盡可能精確的信號，這種材料有助于提高成像系統的性能，”他說。當然，Vantablack的應用并非僅受科學界的關注，它的審美特性也極具吸引力。英國-印度藝術家Anish Kapoor獨占了它的個人使用權，該行為受到了其他想應用Vantablack特性的藝術家的指責。

Kapoor與奢侈手表生產商MCT合作，使用這種材料制作一款限量版手表，在其后撥盤和分針上分別使用Vantablack材料。

圖3 美國航空航天局科學家在開發一種可用碳納米管涂覆的日冕儀

NASA正著力于研究超級黑色材料

NASA已經開發了超級黑色材料約十年，2014年它推出了自己的碳納米管涂層（可吸收大約99.9％的光）并進入國際空間站進行測試。John Hagopian是一個光學工程師，自NASA開始超黑材料研究以來一直參與該研究，他表示，航天飛行已表明，若應用于儀器內部，該材料便可長期使用于太空中。

Hagopian先生認為超級黑色材料在日冕儀中有光明的未來。“它有很多應用，你可以將它用于擋板、衛星控制器及超導探測器的吸收器中，”他說。將這些設備連接到望遠鏡和阻擋星光的設備，可更為清晰地看清附近的物體如外行星等。

“倘若你正在觀察一個非常昏暗的物體，如一個遙遠恒星周圍的行星，此時采用日冕儀——它能阻擋星光的眩光，你便可以看清附近行星的大氣信號，”他說，“迄今為止，從未有人做出這樣的日冕儀，但我們正在努力完成這樣的過程，這樣的日冕儀確實有廣闊的應用前景。”

圖4 在空間站中進行NASA超級黑色材料的有效載荷試驗，其中左側為Vantablack材料

盡管該材料未來可應用于太空中，但Hagopian先生認為碳納米管性質使得涂層不可能應用于許多日常產品。“要想使Vantablack用于暴露在常規環境下的制品并可被觸摸，我認為這個想法不太實際，”他說。

Jensen先生預測Vantablack在汽車行業將有更廣闊的發展空間，其中涂層可用于防止光干擾自駕車的傳感器。他說：“如果你在低陽光環境下駕駛，該環境會讓視覺系統失明，使你進入不安全狀態。在這種情況下，若你能用這些技術保護和改善視覺系統并抑制其中的雜散光，確實是受益良多。”

原文鏈接：Vantablack: It's blacker than black, but where is the world's darkest material being used?

本文由編輯部月亮提供素材，李妹編譯，丁琬芝審核，點我加入材料人編輯部。

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