تولید ماده فوق سیاه از لوله نانو کربنی در ناسا

تولید ماده فوق سیاه در ناسا

سیناپرس: مهندسان ناسا نوعی ماده بسیار سیاه را تولید کرده‌اند که نور را در محدوده‌ طیفی وسیعی با چند طول موج جذب می‌کند.

این ماده به طور میانگین بیشتر از 99 درصد نورهای طیف ماوراء بنفش، مرئی، مادون قرمز و کمتر از مادون قرمز را همزمان جذب می‌کند که این مساله یک موفقیت بسیار مهم است و نوید بخش باز شدن مرزهای جدیدی به فناوری فضایی است.
مهندسان ناسا در مرکز پژوهشی فضایی گادارد این ماده را تولید کرده‌اند. ساختار آزمایش‌های انعکاسی نشان داده اند که ظرفیت جذب ماده تا حد بسیاری زیادی نسبت به گذشته افزایش یافته است. هر چند در گذشته، محققان دیگری سطوح جذب تقریبا کاملی را به ویژه در طیف‌های ماوراء بنفش و مرئی نشان داده‌اند اما این ماده محدوده طول موج وسیعی از ماوراء بنفش تا کمتر از مادون قرمز را جذب می‌کند و تولیدکنندگان ادعا کرده‌اند که تا کنون کسی به این قابلیت دست نیافته است.
در اشکال منتشر شده ناسا نمایی از ساختار درونی یک پوشش لوله نانو کربنی نشان داده شده است که تا حدود 99 درصد نورهای ماوراء بنفش، مرئی، مادون قرمز و کمتر از مادون قرمز را که با آن برخورد می‌کند، را جذب می‌کند.
لوله‌های ریز توخالی ساخته شده از کربن خالص حدود 10000 برابر نازکتر از هر تار موی انسان است. آنها به صورت عمودی در کنار هم مانند کرک سطح مواد مختلف را می پوشانند. تیم تحقیقاتی، لوله های نانو را بر روی موادی که عموما در تجهیزات فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرند از قبیل سیلیکون، نیترات سیلیکون، تیتانیوم، و فولاد ضد زنگ رشد داده‌اند.
برای رشد لوله های نانو کربنی، متخصصان یک لایه کاتالیزور از آهن روی لایه زیرین سیلیکون، تیتانیوم، و دیگر مواد به کار بردند.
سپس مواد را تا حدود 1382 درجه فارنهایت گرما داده و در حین گرما دادن، مواد را در گاز حاوی کربن غلتاندند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این مواد در کاربردهای مختلف فضایی که برای اکتشافات علمی، مشاهدات باید در چندین محدوده طول موج انجام شود، کاربرد دارند.
یک نمونه از این کاربردها جلوگیری از انحراف نور است. شکاف های ریز بین لوله‌ها، نورهای پس زمینه را جمع آوری و به دام می‌اندازند تا از انعکاس و تداخل آنها با نور اصلی جلوگیری شود. از آنجا که تنها بخش بسیار کوچکی از نور بازتابش‌ می‌شود چشم انسان و آشکارسازهای حساس، مواد را سیاه می بینند. محققان دریافتند که این ماده 99.5 درصد از نور ماوراء بنفش و مرئی را جذب می‌کند که تا 98 درصد جذب در طول ‌موج‌های بلندتر و کمتر از مادون قرمز می‌رسد و ادعا شده است که این ماده از 10 تا 100 برابر، بسته به محدوده طول موج، بیشتر جذب می کند.
استفاده از این فناوری در آشکارسازها به دانشمندان اجازه می‌دهد اندازه‌گیری‌های مشکل از اجسام بسیار دور در جهان را که نمی‌توان در نور مرئی مشاهده کرد یا در نواحی بسیار نورانی هستند، انجام دهند. این فناوری برای مطالعه اقیانوس‌ها و جو نیز برای دانشمندان سودآور است.
بیشتر از 90 درصد نورهای دریافتی در تجهیزات مشاهده زمینی از اتمسفر می‌آید، و بازیابی این سیگنال‌های ضعیف شده کار بسیار مشکلی است. سازندگان تجهیزات در حال حاضر از رنگ های سیاه برای جلوگیری از انحراف نور از سطوح استفاده می‌کنند.
با این حال رنگ‌های سیاه تنها 90 درصد نورهای برخورد کننده با سطح را جذب می‌کنند. از طرفی رنگ‌های سیاه هنگامی که در معرض دماهای پایین قرار گیرند دیگر سیاه باقی نمی‌مانند. بنابراین در برخی کاربردها نمی‌توانند کارایی داشته باشند، از جمله کاربردهایی نظیر مشاهده اجسام در فواصل بسیار دور، که در آنها گرما مانع مشاهده و جمع آوری نورهای مطلوب می شود.
پوشش جدید می‌تواند این ضعف ها را جبران کند. مواد سیاه همچنین عملکرد مهم دیگری نیز بر وسایل فضانوردی، به ویژه وسایل حساس به نورهای پایین‌تر از مادون قرمز دارند. هرچه مواد سیاه تر باشند، گرمای بیشتری از آنها منتشر می‌شود.
بنابراین مواد فوق سیاه، مانند پوشش نانو لوله کربنی می‌توانند در وسایل جذب گرما از تجهیزات فضاپیماها و انتشار آنها در فضا مورد استفاده قرار گیرند. به این ترتیب با کاهش دمای این تجهیزات کارایی آنها بالا می‌رود. برای جلوگیری از دست دادن خواص تشعشعی و جذب رنگ‌های سیاه در طول موج‌های بلند، طراحان تجهیزات در حال حاضر از اپوکسی و فلزات رسانا در تهیه پوشش استفاده می‌کنند که باعث افزایش وزن می‌شود.
اما پوشش نانو لوله کربنی سبک است و بدون افزودنی سیاه باقی می‌ماند و در جذب نور و دفع گرما موثرتر است.