Portal v vesolje

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

NASA razvila nov super-črn material

E-pošta natisni PDF

Inženirji pri Nasi so izdelali material, ki v povprečju absorbira več kot 99% svetlobe v ultravijoličnem, vidnem, infrardečem in daljnem infrardečem spektralnem območju. Ta pridobitev obljublja doseganje novih mejnikov v vesoljski tehnologiji.


Ekipa inženirjev v Nasinem Goddart Space Flight Centru v Greenbeltu je pred kratkim o svojih ugotovitvah poročala na konferenci SPIE za optiko in fotoniko, ki je največje interdisciplinarno tehnično srečanje tega področja. Od takrat je ekipa ponovno potrdila absorbcijsko sposobnost materiala na dodatnih testiranjih, je povedal John Hagopian, ki je vodja projekta desetih tehnologov na Goddardu.

"Testi odbojnosti so pokazali, da je naša ekipa za 50-krat povečala območje absorbcijske zmogljivosti materiala. Čeprav nekateri drugi raziskovalci poročajo o skoraj popolni absorpciji predvsem v ultravijolični in vidni svetlobi, je naš material zelo blizu temu v več pasovih valovnih dolžin, od ultravijolične do daljne infrardeče," pravi Hagopian. "Tega mejnika ni dosegel še nihče".

Prevleka, ki temelji na nanotehnologiji, je tanka plast mnogo-stenskih ogljikovih nanocevk - majhnih votlih cevčic iz čistega ogljika, približno 10.000-krat tanjših od pramena človeških las. Te so postavljene vertikalno na podlogo iz različnih materialov, podobno kot pri preprogi. Ekipa je nanocevke ustvarila na podlogah iz silicija, silicijevega nitrida, titana in nerjavčega jekla; to so materiali, ki se največkrat uporabljajo v vesoljskih znanstvenih napravah. (Za rast nanocevk Goddardova tehnologinja Stephanie Getty kot katalizator uporabi plast železa na podlagi silikona, titana ali drugih materialov. Nato material segreje v pečici na približno 750 stopinj Celzija. Med segrevanjem je material v kopeli plinov, ki vsebujejo ogljik.)

Ta bližnji posnetek (širina je približno 1 mm) prikazuje notranjo strukturo premaza iz ogljikovih nanocevk, ki absorbira 99% svetlobe v ultravijoličnem, vidnem, infrardečem in daljnem infrardečem delu spektra.

Testi kažejo, da bo material iz nanocevk še posebej uporaben pri različnih aplikacijah vesoljskih poletov, kjer je opazovanje v različnih delih svetlobnega spektra pomembno za nova odkritja. Ena od možnih aplikacij je zmanjševanje razpršene svetlobe. Majhne špranje med nanocevkami zbirajo svetlobo in ji preprečijo, da bi se odbila od podlage in interferirala s svetlobo, ki ji znanstveniki dejansko hočejo izmeriti. Ker se le majhen del svetlobe odbije od plasti, človeško oko in detektorji vidijo material kot črn.

Ekipa je ugotovila, da material absorbira 99,5% vse svetlobe v ultravijoličnem in vidnem delu, izkoristek pa se spusti do 98% absorbirane svetlobe v daljnem infrardečem delu spektra. "Prednost našega materiala pred drugimi je, da je od 10 do 100-krat bolj vpojen na posameznih območjih valovnih dolžin," pravi Hagopian.

"Nad rezultati testov smo bili tudi sami nekoliko presenečeni," pravi Goddardov inženir Manuel Quijada, ki je so-avtor članka v SPIE in je izvajal teste absorbcije. "Vedeli smo, da dobro absorbira svetlobo. Nismo pa pričakovali, da bo tako dober absorber od ultravijolične pa do daljne infrardeče svetlobe."

Če se bo nov material uporabljal v merilnikih in drugih znanstvenih napravah, bi znanstvenikom lahko omogočil zbrati težko izvedljive meritve zelo oddaljenih objektov v vesolju, ki jih astronomi ne morejo več videti v vidni svetlobi, ali tistih, ki so v visoko kontrastnih področjih, kot so na primer planeti okrog drugih zvezd, pravi Hagopian. Znanstveniki na Zemlji, ki preučujejo oceane in atmosfero, bodo prav tako veliko pridobili. Več kot 90% svetlobe, ki jo zberejo instrumenti za opazovanje Zemlje, prihaja iz atmosfere in prekriva šibek signal, ki ga poskušajo izmeriti.

Slika z veliko povečavo, ki je bila posneta skozi elektronski mikroskop, prikazuje bližnji posnetek votlih ogljikovih nanocevk. Človeško oko to površino zaznava kot črno, saj material absorbira večino svetlobe.

Trenutno razvijalci instrumentov uporabljajo črno barvo, s katero barvajo lopute in druge komponente, da tako preprečijo neželjen odboj svetlobe od površin. Vendar pa črna barva absorbira le 90% svetlobe. Pri večkratnih odbojih ima nov material še večjo prednost, saj lahko poskrbi za stokrat manj neželjene svetlobe.

Črne barve prav tako ne ostanejo črne, ko so izpostavljene zelo nizkim temperaturam. Dobijo svetleč, rahlo srebrn odtenek, pravi Goddardov znanstvenik Ed Wollack, ki ocenjuje uporabnost materiala in ogljikovih nanocevk za kalibracijo instrumentov, ki delujejo v daljnem ifrardečem območju, kjer pri zelo nizkih temperaturah zbirajo svetlobo iz oddaljenih koncev Vesolja. Če ti merilniki niso hladni, termična toplota, ki jo instrument seva, zakrije šibek infrardeč signal, ki ga merijo.

Črni materiali imajo pomembno funkcijo tudi pri instrumentih vesoljskih plovil, zlasti pri tistih za infrardeče zaznavanje, dodaja Goddardov inženir Jim Tuttle. Bolj kot je material črn, več toplote izseva. Z drugimi besedami: super črne materiale, kot je prevleka iz ogljikovih nanocevk, je mogoče uporabiti v napravah, ki odvajajo toploto iz merilnih instrumentov in jo sevajo v vesolje. To merilnike ohladi na nižjo temperaturo, kjer so bolj občutljivi za šibke signale.

Da bi preprečili, da črne barve izgubijo svojo absorbtivne in radiacijske lastnosti pri dolgih valovnih dolžinah, razvijalci instrumentov trenutno uporabljajo epokside, naložene s prevodnimi kovinami, s katerimi ustvarijo črno prevleko. Vendar pa mešanica dodaja težo, kar je vedno težava. S prevleko iz ogljikovih nanocevk pa je material redkejši in ostane črn tudi brez dodatkov, zato je učinkovit pri absorbciji svetlobe in odvajanju toplote. "Ta material veliko obeta," pravi Wollack. "Je robusten, lahek in zelo črn. Veliko boljši je kot črna barva."

Vir: NASA

 

Podporniki:

     


Dan in noč
Dan in noč
Zvezdna karta
Zvezdna karta
Observatorij Črni Vrh
Luna
Sonce - Mauna Loa
Sonce - Mauna Loa
Sonce - SOHO
Sonce - SOHO Lasco C2 EIT 284 Lasco C3 MDI
Sončne pege
Sončne pege
Severni in južni sij
aurora

Efemeride
25.10.2020 01:21 CEST
24.10.2020 23:21 UT
Sonce vzide 06:33 
zaide 16:58 
Luna vzide 15:00 
zaide ne zaide 
Angleški portal v vesolje
Amaterska slika dneva
Amaterska slika dneva
NASA - Slika dneva
ESO - Slika tedna
Hubble - Slika tedna
Kje je ISS?
Kje je ISS?
Osončje
Osončje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost