سیاه مثل قیر!

امروزه استفاده از تکنیک‌های نانوتکنولوژی یا همان روش‌های مبتنی بر نانوذرات در حال گسترش‌یافتن است و در بسیاری از حوزه‌های علمی از این روش‌ها استفاده می‌شود.

بر این اساس، بتازگی گروهی از مهندسان سازمان فضایی آمریکا (ناسا) براساس نانوتکنولوژی ماده‌ای را تولید کرده‌اند که می‌تواند به طور متوسط بیش از 99 درصد از نوری را که به آن تابانیده می‌شود، شامل امواج فرابنفش، مرئی و مادون قرمز را جذب کند.

این گروه از محققان موفق شدند حتی ظرفیت جذب امواج الکترومغناطیسی را در این ماده تا 50 برابر افزایش دهند.

مواد جذب‌کننده‌ای که تاکنون وجود داشته است، تنها قادر بوده امواج فرابنفش و مرئی را جذب کند و این در حالی است که این ماده جدید می‌تواند محدوده وسیعی از امواج فرابنفش تا امواج مادون قرمز را جذب کند.

این ماده در واقع ترکیبی از پوشش کربنی و نانولوله‌هاست که به آن قابلیت جذب تا 99 درصد از امواج الکترومغناطیسی داده است.

این پوشش از یک لایه نازک از نانولوله‌های کربن چندلایه‌ای ایجاد شده که از کربن خالص تشکیل شده است و تا 10 هزار برابر نازک‌تر از یک تار موی انسان است.

تیم تحقیقاتی در این آزمایش، نانولوله‌ها را در سیلیکون، نیترید سیلیکون، تیتانیوم و فلز ضدزنگ رشد دادند. این مواد به طور معمول موادی هستند که در ساخت ابزارها و تجهیزات فضانوردی و فضاپیماها به کار می‌روند. آنها در این آزمایش برای رشد نانولوله‌های کربن، یک لایه کاتالیزوری آهن را در زیر لایه‌ای که از سیلیکون، نیترید سیلیکون و تیتانیوم تشکیل شده بود، قرار دادند و سپس آن را تا 1382 فارنهایت حرارت دادند.

آنچه مهم است آن که شکاف‌های نازک بین لوله‌های نانوکربن که برای جمع‌آوری و به دام انداختن نور به کار می‌رود در واقع برای جلوگیری از انعکاس نور و تداخل نورهای مزاحم نیز کاربرد دارد.

در فضا ردیابی برخی امواج که از ستارگان دور یا اجرام آسمانی ساطع می‌شوند برای سنجش و مطالعه از دور این اجرام اهمیت زیادی دارند و گاهی تداخل برخی امواج و نورهای مزاحم که می‌تواند حتی ناشی از خود تجهیزات نیز باشد، بر اندازه‌گیری‌ها اثر می‌گذارد. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این مواد جدید نانوکربنی قادرند 5‌/‌99 درصد از امواج فرابنفش و مرئی و همچنین 98 درصد از امواج مادون قرمز را جذب کنند و این به آن معناست که قدرت جذب این مواد نسبت به سایر مواد و روش‌های رایج که تاکنون به کار می‌رفته مانند استفاده از رنگ سیاه، 10 تا 100 بار بیشتر است. دیگر این‌که این مواد نانوکربنی طیف وسیعی از امواج یعنی از امواج فرابنفش تا امواج مادون قرمز را پوشش می‌دهند. تاکنون هیچ ماده‌ای این قابلیت را نداشته است. اگر به این مواد در زیر میکروسکوپ الکترونی نگاه کنید، آن را تیره و سیاه خواهید یافت و این به علت وجود همان شکاف‌های باریک میان نانوله‌هاست که نور را به دام انداخته و جذب می‌کنند.

بد نیست بدانید تاکنون برای بهبود کارایی تجهیزات فضایی از رنگ‌های تیره و سیاه برای جذب نور و امواج مزاحم ناشی از سطوح خود تجهیزات یا دیگر منابع استفاده می‌شد که معایب زیادی داشت. یکی از معایب آن، این بود که رنگ سیاه زمانی که در معرض دمای برودت و هوای بسیار بسیار سرد قرار می‌گیرد، دیگر سیاه و تیره باقی نمی‌ماند و تغییر رنگ می‌دهد و درخشان می‌شود و کم‌کم به رنگ نقره‌ای کمرنگ درمی‌آید که با این اوصاف کارایی خود را ـ که جذب نورهای مزاحم است ـ از دست می‌دهد. در حالی که مواد نانوکربنی جدید براحتی در تجهیزات حساس به امواج مادون قرمز که باید در شرایط مافوق سرد در فضا کار کنند، به کار گرفته می‌شوند.

به گفته محققان، مواد نانوکربنی جدید همچنین قادرند حرارت و گرمای تولیدشده در تجهیزات را نیز از بین ببرند. در واقع پوشش فوق تیره نانوکربن با قابلیت ویژه‌ای که دارد قادر است برای از بین بردن حرارت ناشی از کار تجهیزات موجود در فضاپیماها به کار رود.

می‌توان گفت این پوشش نانوکربنی با حذف حرارت و گرمای تولید شده در دستگاه‌ها و تجهیزات و حسگرهای خاص فضایی و همچنین با جذب نورهای مزاحم به کارکرد دقیق‌تر تجهیزات و حسگرهای مورد نظر برای جمع‌آوری و سنجش امواج الکترومغناطیسی کمک بسیار بزرگی خواهد کرد.

نکته مهم دیگر آن‌که در تکنیک استفاده از رنگ‌های تیره و سیاه برای جذب نور، برای آن‌که رنگ سیاه قدرت جذب خود را در طول موج‌های بلند و طولانی امواج از دست ندهد از فلزات رسانا برای برای پوشش رنگ سیاه استفاده می‌کردند که استفاده از این روش و اضافه کردن این ترکیبات سبب افزایش وزن تجهیزات فضاپیماها می‌شد که خود معضل بزرگی بود.