关于Vantablack

您所未知的Vantablack

研究光学的朋友们,大家好,我是日本光阳东方的老黑。

我司是专门研发与销售黑色吸光素材的公司。说起黑色素材,不得不谈到,目前号称世界最黑的黑色物质,《Vertically Aligned NanoTube Arrays(简称Vantablack)》。

是由英国的Surrey Nanosystems公司研发,基于碳纳米管(垂直排列的碳纳米管)材料,据说可吸收99.965%光线。

在可见光领域,可以说是黑色素材的象征,黑色素材的王者。去年与宝马公司和合作,在法兰克福车展发布了世界最黑宝马X6,成了大热门话题。

但是,很意外的是这么鼎鼎大名的世界最黑物质,看到其实物的人却很少,了解也不是很多,大家的了解就是确实黑,不过如此。
所以本篇要详解Vantablack物质,揭开它的面纱。

本篇使用的Vantablack商品目录下载于Surrey Nanosystems公司的官方网站https://www.surreynanosystems.com/
想了解的朋友可以去下载。

Vantablack的全半球反射率到底是多少?

Vantablack的广告语是《可见光里最大吸收99.965%光线》。换句话说是《吸光率是99.965%》,那么问题来了,什么叫吸光率?
通常来讲,当光线照射的某个物体时,有被反射的,有被吸收的,有被透射的。其中反射光的强度和透射光的强度是可以测量,因此反射率,透射率是指一般的指标。所以光吸收率这个词以前对于我来说也是比较陌生的。

稍微跑题,我先说明一下什么叫《全半球反射率》,被某种物体反射的光线以什么样的角度飞向哪里,取决于其表面的凹凸和性质。把这些乱杂的反射线再一次集中到一个点,计量出这些反射线的总和数值叫做《全半球反射率》或者《全反射率》。请看下方略图。在可见光里的《全反射率》的数值应该能说是衡量黑色的指标。

全反射率测试概要

鉴于这些,我们在看一下Vantablack的商品目录,它的特征为:全半球反射率为0.036%(700nm时)。
换句话说它的吸光率为99.965%。
但是,我们看他的商品目录,怎么也找不着0.036%的数值,目录是记载着每个不同波长下的全反射率。数值如下。

250nm    0.4%

550nm    0.13%

700um    0.10%

1400nm   0.10%

5um      0.12%

14um     0.4%

哪里有0.036%?看官方图表的话,在可见光领域的平均全反射率大概在0.2%左右。
我觉得这才是Vantablack的真正的全反射率。不过这个数值也很了不起,非常厉害。比如通常使用在光学设备里的防反射黑色素材,它的全反射率大概在5%左右。

后来我们有幸在日本见到了Surrey nanosystems公司的CEO,他说《0.036%数值是正反射率》。
哦,好吧。

Vantablack的施工条件

Vantablack是有系列产品。下面主要说明其中最黑的无印Vantablack。

Vantablack的名字由来Vertically Aligned NanoTube Arrays + Black。从名字上不难看出它是《垂直排列的碳纳米管》结构。

在物体的表面利用真空蒸镀方式,使碳纳米管像茂密的森林般垂直排列,但这时候需要的温度是430℃。换句话说这些基材物体得有非常高的耐热性。并且真空装置的大小也有限制,估计施工出来的大小也会被限制。而且碳纳米管操作也比较难,被指出具有毒性成分,操作不当吸引到体内对身体有很大的影响,涂表层也很脆弱,是不能触摸的。所以做出来的东西,只能密封在玻璃框或者戴防尘口罩等装备去观赏。

综上所述,Vantablack知名度很大,但很少人接触是理所当然的。

Vantablack的系列产品

说起Vantablack,很容易被误解的就是它的系列产品。刚在上面说明的无印Vantablack以外,还有几个名称后加Vantablack的系列产品。但是它们的加工工程,吸光性能以及黑色处理截然不同。

○Vantablack S-VIS

可以用喷雾器喷涂,但也需要100~280℃温度和真空环境,在物体表面喷射后形成任意的碳纳米管集体。据说可以给立体形状施工,因此他们网站上能看到的代表作,很有可能是用这个方法处理的。从目录上看,在可见光领域里,针对无印Vantablack的平均0.2%的表现来看,S-VIS大概在0.3%左右。既然使用了碳纳米管的话,它也就无法触摸,也得成为被隔离的保护对象。

○Vantablack VBx2

这款就没有使用碳纳米管,是属于黑色涂料。在篇头所说的法兰克福上的黑色宝马X6是用这款黑色涂料喷涂的。

很多人对这款黑色涂料和碳纳米管形成了误解,把涂在BMW X6Vantablack误以为是吸光率高达99.965%碳纳米管。其实从它的图表里看这款黑色涂料平均全反射率大概在1.1%左右。这个成绩也是不错的。在低反射性能和抗磨性能上两者如同鱼和熊掌,两者不能兼得的。原因是要想让它有不错的抗磨性的话,在其表面上涂上硬化涂料。但是硬化涂料会把原来表面上的微细凹凸层给覆盖掉。因此,目前我看到的既有低反射又有抗磨性的涂料中,成绩最好的涂料也就在3%左右的反射率。

本篇稍微有点长,希望帮助大家了解到更真实的Vantablack产品。

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