Maailman pimein materiaali

Tutkijat loivat vuonna 2014 maailman pimeimmän kaupallisesti saatavilla olevan materiaalin nimeltä Vantablack. Sitten he päihittivät itsensä ja tekivät vielä tummemman version. Mutta vuonna 2019 Vantablackin syrjäytti uusi materiaali, josta tuli maailman mustin ja tummin materiaali.

Vantablackin loi brittiläinen Surrey NanoSystems -niminen yritys, ja se alun perin vaimensi kaiken visuaalisen valon 0,035 %:a lukuun ottamatta, kun se tuli markkinoille vuonna 2014. Sen jälkeen yritys kehitti uuden version Vantablackista, jota voitiin suihkuttaa suoraan muihin esineisiin. Tämä versio oli niin musta, että missään päin maailmaa ei ollut saatavilla optista spektrometriä (laite, joka mittaa valon aallonpituutta), jonka herkkyys riittäisi sen testaamiseen. Materiaali imi jopa laserin valoa.

Vantablack koostuu miljoonista hiilinanoputkista, jotka ovat niin pieniä, että jokaisen yksittäisen nanoputken halkaisija on noin 20 nanometriä. Se on 3 500 kertaa pienempi kuin ihmisen hiuksen halkaisija. Kun valo osuu Vantablackin pintaan, se tunkeutuu miljoonien nanoputkien väliseen tilaan. Kun valo liikkuu nanoputkirakenteen sisällä, se absorboituu eikä voi heijastua. Tuloksena on musta pinta, joka on niin lähellä sitä, miltä musta aukko näyttäisi, koska se ei heijasta juuri lainkaan valoa. Surrey NanoSystemsin mukaan yhdellä neliösenttimetrillä pintaa uskotaan olevan miljardi nanoputkea.

Vantablackin ulkonäkö tuottaa dramaattisia efektejä, koska valosta ei heijastu juuri mitään. Kun se laitetaan kolmiulotteiseen esineeseen, esine näyttää itse asiassa kaksiulotteiselta. Koska Vantablack peittää toisen pinnan, on lähes mahdotonta nähdä, miltä pinta näyttää. Kaikki pinnalla olevat poimut tai rypyt näyttävät tasaisilta tai siltä kuin siellä ei olisi mitään. Ihmissilmä ei pysty havaitsemaan mitään pinnan muutoksia ilman valon heijastumista.

Vantablack valmistetaan prosessilla kemiallisessa kaasufaasipinnoituskammiossa, jossa lampuilla nostetaan pinnan lämpötila 430 celsiusasteeseen. Surrey NanoSystemsin mukaan tämä mahdollistaa hiilen ”nanoputkimetsän kasvamisen”, ja nimi tulee termistä Vertically Aligned NanoTube Arrays. Asia on tietysti paljon monimutkaisempi.

Vantaamustaa voidaan käyttää monissa sovelluksissa, joissa valoa ei haluta. Yrityksen antamia esimerkkejä sen käytöstä ovat anturit, satelliittien kalibrointi, infrapunakamerat ja ylellisyystuotteet. Sitä testataan jopa taidemaailmassa. Tässä on video siitä toiminnassa.

Mutta tähän ei lopu tarina siitä, kuka on tuottanut maailman pimeimmän materiaalin. Syyskuussa 2019 Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) insinöörit valmistivat Brian Wardlen ja Kehang Cuin johdolla kymmenen kertaa aiempaa mustemman materiaalin, Vantablackin.

Tätäkin materiaalia valmistettiin hiilinanoputkista, mutta erona MIT:n tutkijoiden materiaalissa Vantablackiin verrattuna on se, että se kasvatettiin kloorilla syövytetylle alumiinifoliolle.

MIT:n tiimi ei ollut asettanut tavoitteekseen tuottaa aiempaa tummempaa materiaalia. He itse asiassa yrittivät kasvattaa hiilinanoputkia alumiinifolion päälle parantaakseen alumiinin lämpö- ja sähkönjohto-ominaisuuksia. Ongelmana oli kuitenkin se, että folio hapettui nopeasti, kun se altistui ilmalle, mikä teki tyhjäksi sen, mitä he yrittivät saavuttaa.

Hapettumisprosessin torjumiseksi tiimi sijoitti folion suolaveteen ja siirsi sen sitten uuniin kasvattamaan hiilinanoputkia. Tuloksena oli se, mitä he halusivat. Materiaali, jolla oli aiempaa paremmat sähkö- ja lämpöominaisuudet, mutta mitä muuta he huomasivat, oli se, että uusi materiaali oli hyvin, hyvin mustaa. Mitattuaan materiaalin heijastuskyvyn he huomasivat, että se imi itseensä noin 99,995 prosenttia siihen osuvasta valosta, mikä teki siitä vielä tummemman ja mustemman kuin Vantablack.

Wardle ja Chi hakivat patenttia uudelle prosessilleen ja antoivat sen ilmaiseksi taiteilijoiden käyttöön ei-kaupallisissa projekteissa. Vain aika näyttää, kuka keksii vielä tummemman ja vielä mustemman materiaalin kuin mitä tällä hetkellä on tuotettu, minkä jopa nämä tutkijat uskovat tapahtuvan.

Lähteet: News Canada, MIT News

Tahdotko syventyä lisää faktoihin? Kokeile The Wonderful World of Completely Random Facts -sarjaa täällä Mediumissa.

Löydä vielä enemmän mielenkiintoisia faktoja Knowledge Stew -kirjan neljästä niteestä: The Guide to the Most Interesting Facts in the World.

Muut hienot tarinat odottavat sinua osoitteessa Knowledge Stew.