世界で最も暗い素材

2014年に科学者が「Vantablack」という世界で最も暗い市販材料を作りました。 その後、彼らは自分たちを凌駕し、さらに暗いバージョンを作りました。 しかし2019年、Vantablackは、世界で最も黒くて暗い材料となった新しい材料によってひっくり返されました。

VantablackはSurrey NanoSystemsというイギリスの会社によって作られ、2014年に初めて登場したとき、もともと視覚光の0.035%以外を吸収していました。 その後同社は、他の物体に直接スプレーできる新しいバージョンのVantablackを開発しました。 このバージョンは非常に黒く、それをテストする感度を持つ光学分光器（光の波長を測定する装置）が世界のどこにもなかった。

バンタブラックは、数百万本のカーボンナノチューブで構成されており、個々のナノチューブの直径は約20ナノメートルと、非常に小さいものです。 これは、人間の髪の毛の直径の3,500分の1です。 バンタブラックの表面に光が当たると、数百万本のナノチューブの間の空間に入り込みます。 光はナノチューブ構造の中を移動するため、吸収されてしまい、反射することができない。 その結果、光をほとんど反射しないので、ブラックホールに限りなく近い黒色の表面が得られるのです。 Surrey NanoSystems社によれば、1平方センチメートルの表面に10億個のナノチューブがあると考えられています。

「Vantablack」の外観は、光の反射がほとんどないため、劇的な効果を生み出します。 3次元の物体に塗ると、実際には2次元に見える。 バンタブラックは他の表面を覆うので、その表面がどのようなものであるかはほとんどわかりません。 折り目やシワがあっても、何もないかのように平坦に見えます。

バンタブラックは、化学気相成長装置でランプを使って表面の温度を430℃に上昇させるプロセスで作られます。 Surrey NanoSystems社によると、これによってカーボン「ナノチューブの森」が成長し、名前はVertically Aligned NanoTube Arraysという言葉に由来しているそうです。 もちろん、それよりもはるかに複雑です。

Vantablackは、光を必要としない多くの用途に使用できます。 センサー、衛星のキャリブレーション、赤外線カメラ、高級品などがその例として挙げられています。 アートの世界でも試されています。 実際に使われている動画はこちらです。

しかし、世界で最も暗い材料を作り出したのは誰かという話はこれで終わりではありません。 2019年9月、Brian Wardle氏とKehang Cui氏が率いるマサチューセッツ工科大学（MIT）のエンジニアは、それまでのどの素材よりも10倍も黒い素材、すなわちVantablackを作り出しました。

この材料もカーボン ナノチューブでできていましたが、Vantablackと比較してMITの研究者の材料の違いは、塩素エッチングされたアルミホイル上で成長させたということです。 実は、アルミホイルにカーボンナノチューブを成長させて、アルミの熱伝導や電気伝導の特性を向上させようとしていたのです。 しかし問題は、アルミホイルが空気に触れるとすぐに酸化してしまうことで、彼らが達成しようとしていたことが台無しになってしまったのです。

酸化プロセスに対抗するために、研究チームはアルミホイルを塩水に入れてからオーブンに移し、カーボンナノチューブを成長させました。 その結果、彼らが望んでいたものが得られました。 電気的・熱的特性は以前より向上していたが、それ以外に気づいたのは、この材料が非常に黒いということだった。 材料の反射率を測定したところ、材料に当たる光の約99.995%を吸収し、Vantablackよりもさらに暗く、黒いことがわかりました。

Wardle と Chi は、新しいプロセスの特許を申請し、アーティストが非商用プロジェクトで使用できるよう無料化しました。 現在生産されているものよりもさらに黒い素材を誰が考え出すかは、時間だけが決めることであり、これらの研究者でさえそうなると信じていることです。

Sources: Mirror Online、Science Alert、Business Insider、Surrey NanoSystems、Yahoo! News Canada、MIT News

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