ساخت سیاه ترین ماده‌ی جهان!

سیاه ترین سیاه، جدیدترین کاربرد CNT

دانشمندان دانشگاه مشهور ام آی تی (MIT) به صورت کاملا اتفاقی، سیاه ترین ماده جهان را خلق کردند! این ماده بسیار عجیب، تنها ۰٫۰۰۵ درصد از نور را بازتاب می‌دهد!

اگر بخواهیم نگاهی علمی به رنگ سیاه داشته باشیم، باید بگوییم هنگامی که یک جسم، تمام نوری که به آن تابیده شود را به خود جذب کند و هیچ بخشی از آن نور را بازتاب ندهد، آنگاه ما آن جسم را سیاه محض می‌بینیم. تنها جسمی که هیچ پرتو نوری را بازتاب نمی‌دهد و درنتیجه به معنی واقعی کلمه سیاه است، سیاه چاله ها هستند. حداقل این چیزی است که علم کنونی بشر به آن رسیده است. اما اگر بخواهیم از یک زاویه جالب به قضیه نگاه کنیم، می‌توانیم بگوییم ماده‌ای که دانشمندان دانشگاه ام آی تی خلق کردند، حتی از سیاه چاله ها هم سیاه‌تر و در نتیجه، سیاه ترین ماده جهان است!

سیاه ترین ماده جهان

همان طور که گفته شد، سیاه ترین ماده جهان هستی، حداقل تا جایی که بشر می‌داند، سیاه چاله ها هستند. اما آن زاویه دید جالبی که به آن اشاره کردیم، یک مقدار این موضوع را به چالش می‌کشد! ببینید همانطور که احتمالا می‌دانید، دلیل سیاهی محض سیاه‌ چاله‌ها، ماهیت خاص آن‌ها نیست، دلیل سیاهی آن‌ها، جاذبه غیرقابل تصور سیاه چاله ها است. درواقع جاذبه سیاه چاله آن قدر زیاد است که پرتوهای نور، توانایی عبور از افق رویداد آن را ندارند و در نتیجه، هیچ نوری از سمت سیاه چاله ها بازتاب نمی‌شود.

اما ماده بسیار عجیب و خاصی که دانشمندان ام آی تی موفق به ساخت آن شدند، طبیعتا دارای هیچ جاذبه خاصی نیست و دلیل اینکه نور را به حد بسیار کم و نامحسوسی بازتاب می‌دهد، صرفا ماهیت خاص آن است! این ماده توانایی جذب ۹۹٫۹۹۵درصد از نوری که به آن تابیده شده را دارد و این موضوع به این معنی است که تنها ۰٫۰۰۵ درصد از نور تابیده شده، توانایی بازگشت یا همان بازتاب را دارد! پس درست است که سیاه‌ چاله‌ها، کماکان سیاه ترین ماده جهان هستی به شمار می‌روند، اما اگر بحث جاذبه را کنار بگذاریم و صرفا به ماهیت اجسام بپردازیم، آنگاه می‌توان ادعا کرد که دانشمندان دانشگاه ام آی تی، توانسته‌اند سیاه ترین ماده جهان را خلق کنند!

نحوه ساخته شدن سیاه ترین ماده جهان

نکته بسیار جالب در رابطه با نحوه ساخته شدن سیاه ترین ماده دنیا این است که این ماده، به صورت کاملا تصادفی و اتفاقی ساخته شده است! درواقع دانشمندان ام آی تی درحال تلاش برای افزودن میزان نانو لوله های کربنی (ملقب به CNT) در مواد رسانا، مانند آلومینیوم بودند، تا آن‌ها را به رساناهای قوی‌تری تبدیل کنند. در خلال آزمایش مشاهده شد که لایه‌ی اکسیدی تشکیل شده بر روی سطح آلومینیوم همچون عایقی برای عبور جریان الکتریکی عمل می کرد. بنابراین این لایه توسط نمک های کلریدی حذف شد. در مرحله‌ی بعد فویل آلومینیومی در کوره قرار داده شد و نانولوله‌های کربنی توسط روش CVD بر روی نمونه رشد داده شد. اما پس از افزودن CNTها، به ماده ای برخوردند که آن را به تیتر یک تمام رسانه های علمی و خبری سرتاسر دنیا تبدیل کرد!

فویل آلومینیومی پوشش داده شده با نانو لوله های کربنی

این ماده که هنوز نام خاصی هم برایش انتخاب نشده، آن قدر سیاه است که چشم انسان عملا نمی‌تواند آن را مشاهده کند! اگر در یک اتاق نورانی به این ماده نگاه کنید، همه چیزی که می‌بینید یک ناحیه تاریک کوچک، در میان انبوهی از نور است! مسلما تماشای این ماده برای هرکسی می‌تواند بسیار جذاب و دیدنی باشد. این ماده هم‌اکنون در یک نمایشگاه هنری واقع در نیویورک آمریکا به نمایش گذاشته شده است.

کاربردهای احتمالی ماده ساخته شده توسط MIT

شاید فکر کنید که این ماده سیاه، به جز ظاهر بسیار عجیب و احتمالا الهام بخش بودن برای هنرمندان و نقاشان، کاربرد چندان خاصی ندارد. اما دانشمندان سازنده این ماده، مدعی شده‌اند که ماده ساخت آن‌ها، که خودشان به آن “سیاه‌ترین سیاه” می‌گویند، کاربردهای عملی زیادی هم دارد. به عنوان مثال، آن‌ها می‌گویند که از این ماده می‌توان به عنوان کورکننده اُپتیکال (Optical Blinder) در تلسکوپ‌های فضایی استفاده کرد. به عقیده یکی از پروفسورهای دانشگاه ام آی تی بنام برایان واردل (Brian Wardle) که در حوزه مکانیک پرواز و مکانیک فضانوردی تخصص دارد، با استفاده از ماده ساخته شده توسط ام آی تی، می‌توان برای مقابله با پرتوهای نوری که تمرکز و دقت کار تلسکوپ های فضایی را پایین می‌برند، استفاده کرد.

اما تا پیش از این ماده، سیاه ترین ماده ساخت بشر، چیزی نبود جز ونتابلک (Vantablack) که شرکت Surrey NanoSystems آن را خلق کرده بود. این ماده می‌توانست ۹۹٫۹۶ درصد از نور تابیده شده به خود را جذب کند و تنها ۰٫۰۴درصد از نور را بازتاب می‌داد. واضح است که جسم ساخته شده توسط ام آی تی با قدرت جذب ۹۹٫۹۹۵درصد از نور، تقریبا ۱۰برابر، سیاه‌تر از ونتابلک است. نکته شاید طعنه آمیز این است که برخلاف دانشمندان ام آی تی، تیم سازنده ونتابلک به صورت تصادفی این ماده را نساخته بودند و کاملا هدفشان ساخت سیاه ترین ماده دنیا بود. مطمئنا اعضای این تیم، درحال حاضر حس چندان خوشایندی ندارند!

آقای واردل معتقد است بجز کاربردهای احتمالی که ماده ساخته شده توسط آن‌ها می‌تواند داشته باشد، مهمترین دستاورد ماده آن‌ها، بالا بردن درک بشر در رابطه با نحوه ساخت اجسامی است که تقریبا تمام نور تابیده شده به خود را جذب می‌کنند. واردل می‌گوید که آن‌ها می‌توانند حتی همین حالا هم یک ماده سیاه تر بسازند! او معتقد است لقب سیاه ترین ماده جهان یک لقب گذرا است و مطمئنا ماده ساخته شده توسط آن‌ها، نمی‌تواند تا ابد این لقب را از آن خود نگه دارد که به نظر طرز فکر درست و سازنده‌ای می‌رسد.

Journal Reference:

Kehang Cui, Brian L. Wardle. Breakdown of Native Oxide Enables Multifunctional, Free-Form Carbon Nanotube–Metal Hierarchical Architectures. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019; DOI: ۱۰٫۱۰۲۱/acsami.9b08290