کشف سیاه‌ترین سیاه / ماده‌ای که در تلسکوپ‌های فضایی برای دیدن سیارات خارجی کاربرد عملی دارد

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو؛ محققان از یک ماده ردا مانند در نیویورک رونمایی کرده‌اند؛ این اثر هنری همکاری بین برایان وارد، استاد هوانوردی و فضانوری MIT و گروهش، Diemut Strebe، هنرمند MIT، است. آن‌ها یک الماس زرد طبیعی ۱۶.۷۸ قیراطی به ارزش ۲ میلیارد دلار را با این ماده فوق سیاه پوشاندند، این گوهردرخشان شبیه یک خلاء مسطح و سیاه دیده می‌شود.

وارد می‌گوید: «مواد CNT، جدا از بحث هنری، می‌تواند در تلسکوپ‌های فضایی برای دیدن سیارات خارجی کاردبرد عملی داشته باشد و در پرده نوری، نورناخواسته را کاهش بدهد.»

او گفت: «کاربرد‌های علوم نوری و فضایی برای مواد بسیار سیاه وجود دارد، و البته هنرمندان به سیاه علاقه مندند و به قبل از رنسانس باز می‌گردند. ماده ما ده برابر سیاه‌تر از هر چیزی است که تا الان گزارش شده، اما من فکر میکنم سیاه‌ترین سیاه یک هدف نهایی است. یک نفر ماده سیاه تری خواهد یافت و قادرخواهد بود آخرین حد سیاهی را نمایش دهد.»

وارد و کهانگ کوی پروفسور دانشگاه جیاو تانگ شانگ‌های قصد طراحی یک ماده فوق سیاه را نداشتند. آن‌ها روی رشد نانولوله‌های کربنی روی مواد رسانا مثل آلومینیوم کار می‌کردند تا ویژگی‌های گرمایی و الکتریکی آن‌ها را بهبود ببخشند.

آن‌ها در مسیر رشد دادن نانولوله‌های کربنی روی آلومینیوم به یک مانع رسیدند، لایه‌ای از اکسید که آلومینیوم را هنگامی که در معرض هوا قرار می‌گیرد می‌پوشاند. این لایه اکسیدی به عنوان عایق عمل کرده و عبور گرما و الکتریسیته را مسدود می‌کند. آن‌ها هنگام بررسی این مشکل و راه حل آن به سدیم کلرید یا همان نمک رسیدند.

گروه وارد از نمک و دیگر محصولات آشپزخانه مثل جوش شیرین و صابون برای رشد نانولوله هاب کربنی استفاده کردند. اما در نهایت فهمیدند که به کمک یون‌های کلر می‌توان سطح آلومنیوم را سایید و لایه اکسید را از بین برد.

 

کوی گفت: «این فرایند برای بسیاری از فلزات متداول است. برای مثال کلر موجود در آب سطح بدنه کشتی‌های را می‌خورد. اما اکنون ما از این فرایند به سود خودمان استفاده می‌کنیم.»

کوی یافت که اگر ورقه آلومینیومی را در نمک غوطه ور کند می‌تواند لایه اکسید را از بین ببرد. سپس او ورقه‌ها را به یک محیط بی اکسیژن منتقل می‌کند که دوباره اکسید نشوند. درنهایت آلومینیوم را در فر قرار می‌دهد تا از طریق فرآیندی به نام رسوب بخار شیمیایی رشد نانولوله‌های کربنی را انجام دهد.

با از بین بردن لایه اکسید محققان توانستند رشد نانولوله‌های کربنی روی آلومینیوم را در دمای پایین تری انجام بدهند که در غیر اینصورت باید در دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد رشد داده می‌شدند. همچنین با ترکیب نانولوله‌های کربنی روی آلومینیوم خواص الکتریکی و گرمایی آن‌ها با طور قابل توجهی بهبود یافت.

چیزی که گروه را شگفت زده کرد رنگ ماده بود. کوی می‌گوید: «من به یاد دارم که قبل از رشد نانولوله‌های کربنی چقدر سیاه بود و بعد از آن به مراتب سیاه‌تر شد؛ بنابراین فکر کردم که باید بازتاب نوری نمونه را اندازه گیری کنم.»

وارد می‌گوید: «گروه ما معمولا روی خواص نوری مواد تمرکز ندارد. این کار با همکاری همزمان هنر و علم انجام شد و نر توانس بر علم تاثیر بگذارد.»

کوی مقدار بازتاب نور ماده را نه فقط در مسیر مستقیم بلکه با هر زاویه که ممکن بود اندازه گیری کرد. نتیجه نشان داد که ماده بیشتر از ۹۹.۹۹۶ درصد نور ورودی را از هر زاویه‌ای جذب میکند. اگر ماده به ذاته دارای برآمدگی، شیار یا هر نوع ویژگی دیگری باشد مهم نیست، زیرا تا ئقتی پوسته سیاه باشد این ویژگی قابل روئت است.

 

محققان کاملا از مکانیسم کدری ماده مطمئن نیستند، اما گمان می‌کنند که چیزی برای ترکیب با آلومینیوم سیاه شده با نانولوله‌های کرنبی وجود داشته باشد. دانشمندان معتقدند انبوه نانولوله‌های کربنی می‌تواند نور‌های ورودی را جذب کند و آن‌ها را به گرما تبدیل کند و تنها بخش بسیار کمی را بصور نور بازتاب دهد و همین به نانولول‌های کربنی رنگی سیاه می‌دهد.

وارد بیان کرد: «انبوه نانولوله‌های کربنی مختلفی شناخته شده اند. اما عدم درک کامل ماده باعث می‌شود که علت سیاهی این ماده مجهول بماند و باید مطالعه بیشتری صورت بگیرد.»

این ماده در حال حاضر در جامعه هوافضا مورد توجه قرار گرفته است. جان ماتر، اخترفیزیک دان و برنده جایزه نوبل، با اینکه در این تحقیق درگیر نبوده، اما در حال بررسی امکان استفاده از مواد وارد برای ایجاد سایه بزرگ مشکی است که یک تلسکوپ فضایی را از نور‌های مزاحم محافظت می‌کند.

ماتر می‌گوید: «ابزار‌های نوری مثل دوربین و تلسکوپ باید از شر تابش‌های ناخواسته خلاص شوند تا آنچه را که می‌خواهید ببینید. آیا می‌خواهید زمین را در حال چرخش دور یک ستاره ببینید؟ ما به یک چیز بسیار سیاه نیاز داریم و این چیز باید در برابر چرتاب موشک مقاوم باشد.»