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最神秘的暗物質介紹

圖文 更新时间:2025-03-13 02:11:03

這是韓國“現代展館”的抛面牆,它黑到連三維立體結構都消失了,即使打開牆上的燈光也很難看到有牆的存在,反而像星羅棋布的宇宙,讓人有漫步太空的感覺。

最神秘的暗物質介紹(世界上最黑的物質)1

我們知道除了黑洞,地球上任何物質都會反射光線,隻是強弱程度不一樣,但隻要有光照着基本都能用肉眼看個大概,難道這面牆就跟黑洞一樣能吞噬光芒嗎?

黑洞是宇宙中一種引力非常強大的天體,它能吞噬掉包括光以内的所有物質,由于既不會發光也不會反射光,所以黑洞周圍都是漆黑的一片,故而稱之為黑洞。

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黑洞是恒星演化的最後階段,它的形成條件十分苛刻,就算太陽也因為質量太小而不能演變成黑洞,它在生命盡頭會先變成紅巨星,紅巨星會吞噬掉地球在内的大部分星球,然後在引力的作用下開始向内部坍縮,由于質量小引力也小,最後隻能縮小成白矮星。

太陽的壽命起碼還有幾十億年,或許那時候的人類早已消亡,也或許科技發達到可以讓地球逃離太陽系,所以用不着擔心世界末日的問題。

雖然地球上不可能存在黑洞,但是科學家可以研發新材料,吸光效果可以無限接近黑洞,韓國現代展館黑牆也是因為塗上了一種吸光材料,這種材料是由英國薩裡納米系統公司研制

英文名縮寫為Vantablack,翻譯過來就叫梵塔黑,意為垂直排列碳納米管陣列。

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梵塔黑在問世之初号稱地球上最黑的物質,在宇宙中是最接近黑洞的存在,如果用它來制作一件衣服,穿上這件衣服的人可能會被當做怪物。因為隻能看得見腦袋和四肢,身體則是一片漆黑的空洞,連身體輪廓都看不出來。

梵塔黑為什麼這麼黑呢?

夏天穿黑色衣服站在陽光下會明顯感覺更熱,穿白色的衣服就會涼快許多,這是因為顔色越深的物體,其吸光的能力就越強。

光其實是高速運動的光子,它們的速度達到30萬公裡每秒,一旦照射到物體上勢必會和粒子發生碰撞和反射,隻有部分光子會被轉化成熱量吸收掉,除非在光線比較暗的地方黑色物體就不容易被發現。

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梵塔黑同樣也會反射光線,隻不過它的表面采用了碳納米管結構,這些碳納米管直徑隻有頭發的萬分之一,如果用把它放在顯微鏡下觀察,會發現其表面有無數垂直的黑色管道,這些細小的碳管可以改變光線的反射路徑。

當光線射入這些管道後,碳納米管會先吸收絕大部分光線,剩下的光經過無數次折射後,逐漸碳納米管轉化成熱量吸收,隻有極少光線能反射出去。

原理看起來還挺簡單的,舉一個簡單的例子,把一盆水快速倒在水泥地上百分百會濺起水花,如果把水泥地換成草叢,隻會濺起細小的水珠。而且碳納米管還有着超高的熱導率,它吸收光線就如同海綿吸水一樣。

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所以梵塔黑僅能反射0.35%的光線,達到肉眼無法觀察的地步,在2014年的時候登上了世界最黑的吉尼斯紀錄,不過這一紀錄在2019年就被麻省理工學院的團隊打破。

該團隊的布萊恩·沃爾德教授宣傳,他們創造出比梵塔黑還要黑上10倍的材料,這種材料也是由碳納米管制成,隻是碳納米管直徑隻有頭發絲的五萬分之一,所以隻能反射0.005%的光,一舉成為有史以來最黑的材料。

布萊恩教授在一開始并沒有想到用碳納米管來制作極黑材料,碳納米管除了導熱性優異還具有良好的力學性能,其密度隻有鋼的1/6,但是抗拉強度是鋼的100倍,并且硬度和金剛石相當。

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若将其他工程材料與碳納米管制成複合材料,可表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性,給複合材料的性能帶來極大的改善。

俄羅斯科學家曾把碳納米管複合材料置于1011Mpa的水壓下,這相當于深海1萬米的壓強,複合碳納米管被巨大的壓力壓扁,撤去壓力後瞬間恢複原狀,這種良好的韌性是做彈簧的絕佳材料。

另外,碳納米管的電導率是銅的一萬倍,布萊恩教授原計劃在鋁的表面生長碳納米管,以提高它的導電性能和熱學性能,但鋁在空氣中會形成氧化物薄膜,非常耐腐蝕。

而且氧化物一般都有絕緣的作用,會降低鋁的導電率和導熱性,所以得用氯離子侵蝕鋁的表面,這種蝕刻技術在金屬工藝中十分常見。

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由于氯離子半徑小、穿透能力強,故它最容易穿透氧化膜内極小的孔隙,到達鋁金屬表面并與其形成可溶性化合物,使氧化膜的結構發生變化,慢慢将其腐蝕掉,最後将蝕刻完成的鋁放入微波爐中加熱,再通過化學氣相沉積來生長碳納米管。

這種方法也叫碳氫氣體熱解法,氣态烴在1000度高溫下會分解生成碳納米管,然後在催化劑微粒的作用下附着于鋁箔上。

布萊恩教授最後發現,碳納米管和鋁箔的結合達到了預期實驗目的,複合材料的導熱和導電性能顯著提高。但最讓人吃驚的是這種材料黑到讓人不敢置信,于是又進行了光學反射率測試。

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測試結果表明,該材料從各個角度都可以吸收99.995%的入射光,是目前宇宙中僅次于黑洞的存在。不論其表面是凹凸不平,或者有其它形态特征,都無法被肉眼看到,眼前僅僅是一片虛無的暗黑。

布萊恩教授及其團隊已經為這項技術申請了專利,但他們計劃讓藝術家們免費使用,來進行非商業性的藝術創作。有一位土豪把一顆價值200萬美元的鑽石,塗滿了鋁碳納米管材料,讓原本閃亮璀璨的鑽石,呈現出完全相反的狀态,黑到消失不見,它被命名為“虛榮的救贖”,在紐約證券交易所中展覽。

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寶馬也曾用梵塔黑作為塗漆,專門設計了一款X6 SUV汽車用作展示,這台車無論在晚上還是在白天,不管你用多強的燈光去照射它,它看起來也是幾乎一樣黑。若不是車窗、車燈等部件尚有一些光澤,你甚至會覺得這台車是畫在牆上的,因為你完全看不出它的表面棱角和線條。

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這還是設計師手下留情,為它保留了1%的光反射率,才讓汽車的輪廓能勉強被看見,以免它看起來和一張紙差不多,這也恰到好處的讓這台車從外觀上看起來奢華内涵,充滿神秘感和尊貴感。

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不過這台車沒法行駛上道,因為受限于技術限制,梵塔黑作為塗料容易脫落,這要是掉漆了都沒辦法補漆,而且有網友調侃道,估計這車漆比車還貴,買來隻能放着觀賞。

那麼這種超黑材料,除了帶給視覺上的極緻效果,到底有啥實際用途呢?

諾獎得主的天體物理學家約翰·馬瑟表示,這種超黑材料可以提高光學儀器的靈敏度,它能消除航天望遠鏡鏡頭的幹擾光。

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比如美國正在開發的紅外空間望遠鏡,它的主要任務是對紅外天空進行寬場成像和調查,解決暗能量和紅外天體物理學領域的基本問題。

但這類太空光學儀器必須擺脫不必要的眩光,因此要設計一個“遮星傘”來遮擋太空的雜光,而且還要承受火箭發射産生的高溫,鋁箔碳納米管超強的吸光率和耐高溫,無疑是制造遮星傘的最佳基礎材料。

由于鋁箔碳納米管不能反射光線,它可以隐藏高低起伏的物體輪廓,是一種理想的僞裝塗層材料,因此在軍事武器領域有很大的應用空間。日本就在2020年推出一款吸光率達99.4%的黑色顔料,它可以輕松實現物品平面化、架空、磨砂、甚至是隐身。

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其次它還有優異的導電性能和熱傳導性能,以及高效吸收光子的作用,所以鋁箔碳納米管可應用于散熱系統、電力傳輸、以及光伏電新能源領域。

不過不管是梵塔黑還是鋁箔碳納米管,由于制備難度太大,目前無法走出實驗室,更不能大規模量産投入使用。

最後總結一下,碳納米管極緻黑材料,在目前來說還存在制備難度大、生産成本高的問題,無法快速推廣、應用到相關行業。但它确實有着廣袤的應用前景,值得科學家去做進一步的研究。

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就如同蒸汽機剛被發明的時候,它造價昂貴不說,産生的效益還趕不上人工勞作,但是瓦特改良蒸汽機後,人類社會迅速進入工業文明。

說不定有一天科技更加進步之後,人類也可以用“黑色”去改變世界。

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