Самый темный металл в мире
Обновлено: 28.06.2024
Vantablack - это увлекательный материал, созданный британской компанией Surrey NanoSystems. Это одно из самых темных известных веществ, которое может поглощать до 99,965% видимого света (если свет падает перпендикулярно поверхности материала).
Хотя слово VANTABLACK звучит как персонаж Marvel, на самом деле это аббревиатура от Vertical Aligned NanoTube Arrays Black.
Несмотря на свои уникальные свойства и несколько полезных функций, он не так популярен, как другие синтезированные материалы, такие как геополимеры и полисилоксаны. Ниже мы перечислили несколько интересных фактов о Vantablack, которые дадут вам всестороннее представление о разработке, поведении и применении материала.
1. Vantablack - это не цвет
Цвета - это характеристики зрительного восприятия человека. Когда свет падает на объект, его поверхность отражает некоторые цвета, поглощая все остальные. Мы воспринимаем только отраженные цвета.
Vantablack - это не цвет, а материал. Он состоит из множества крошечных полых углеродных нанотрубок, каждая из которых примерно в 50000 раз меньше ширины человеческого волоса. Площадь поверхности площадью 1 см содержит около 1 миллиарда нанотрубок.
Когда свет падает на эти нанотрубки, он поглощается, и очень маленькая часть света достигает нашего глаза. Таким образом, Vantablack - это фактически «отсутствие цвета».
2. Куда же девается этот цвет?
Метод химического осаждения из паровой фазы используется для создания Vantablack, который включает выращивание «леса» вертикальных трубок на подложке. Когда свет падает на этот материал, он попадает в ловушку и постоянно отклоняется среди нанотрубок. В конце концов, свет поглощается и рассеивается в тепло.
3. Создание Vantablack
Многие похожие цветопоглощающие материалы были разработаны в начале 2010-х годов. Однако этот материал особенно интересен из-за того, что его можно создать при температуре 400 ° С.
NASA выращивало предыдущие глубокие оттенки черного при 750°C, что требовало от веществ большей жаростойкости, чем Vantablack, ограничивая их практическое применение.
4. Термостойкий материал
Уровни выпадения частиц и выделения газа (выброс вещества, попавшего в материал) Vantablack очень низки по сравнению с аналогичными веществами, разработанными в начале 2010-х годов.
Vantablack также обладает большей термостойкостью и повышенной устойчивостью к механическим вибрациям. Материал нерастворим в воде и имеет плотность 2,5 мг / см 3. Он имеет температуру плавления более 3000 °С.
5. Это не похоже на теплый бархат
Хотя материал поглощает до 99,965% падающего света и имеет мягкий, бархатистый вид, он не приводит к физическим ощущениям. Vantablack ощущается как гладкая поверхность на ощупь.
6. Восприимчивы к повреждениям
Вертикально выровненные нанотрубки чрезвычайно длинные по сравнению с их диаметром. Они остаются в вертикальном положении в нормальных условиях, но если вы оказываете сильное давление, они могут легко сломаться. Поэтому Vantablack нельзя наносить на незащищенные поверхности. Он потерял бы свою магию одним движением руки.
Хотя он чувствителен к прикосновению, он может противостоять другим воздействиям, таким как вибрация и удары. Это потому, что углеродные нанотрубки практически не имеют массы. Отсутствие массы означает отсутствие силы во время ускорения. Таким образом, Vantablack может быть идеальным веществом для объектов, которые выдерживают ухабистые поездки, такие как запуск в космос.
7. Vantablack не самый темный материал в мире
В 2019 году исследователи из Массачусетского технологического института придумали «самое черное» вещество, которое примерно в 10 раз темнее, чем Vantablack. Он поглощает более 99,995% падающего света, что делает его самым темным материалом за всю историю наблюдений.
8. Коммерческое производство
Первоначально этот материал был разработан Национальной физической лабораторией в Соединенном Королевстве. В то время как Surrey NanoSystems Limited является торговой маркой Vantablack, вертикально выровненные массивы нанотрубок продаются различными компаниями, включая Barbara Infrared и NanoLab.
Первый продукт Vantablack был поставлен в 2014 году, а производство было расширено в 2015 году для удовлетворения потребностей покупателей в оборонном и космическом секторах.
9. Три версии Vantablack
Наряду с разработкой выровненных углеродных трубок Vantablack также выпускается в трех различных распыляемых красках:
Vantablack S-VIS: использует случайно выровненные углеродные нанотрубки для поглощения полосы видимого света.
Vantablack S-IR: использует случайно выровненные углеродные нанотрубки и лучше поглощает инфракрасное излучение.
Vantablack VBx: это не нанотрубочные распыляемые краски, которые гораздо проще применять, чем первые.
3D-лицо, покрытое Vantablack / Surrey NanoSystems
10. Применение
Будучи одним из самых темных веществ, когда-либо синтезированных, он имеет множество потенциальных применений, от повышения производительности космических инфракрасных камер до подавления постороннего света от попадания в телескопы.
Космическая технология: Покрытия Vantablack используются для калибровки черного тела инфракрасных камер и для предотвращения попадания постороннего света в оптические системы. Эти покрытия эффективны в спектральном диапазоне от ультрафиолетового до почти миллиметрового (ТГц).
Оптика и системы линз: Vantablack S-VIS может использоваться в современных линзах. Покрытие значительно уменьшает чрезмерную экспозицию, вспышку и блики, возникающие из-за рассеянного света. Это может обеспечить рендеринг изображений с более высокой контрастностью и более высоким качеством, которые используют полный динамический диапазон датчика.
Автомобильный: покрытие Vantablack можно наносить на автомобильные оптические датчики и дисплей. Это улучшило бы надежность системы даже в условиях плохого освещения.
Глубокое черное покрытие на защитных экранах или корпусах камер практически исключает привязку датчика, устраняет блики и размытие пикселей, что приводит к созданию более точных и безопасных систем. Он также может быть применен к возвратной оптике LiDAR для поглощения всего падающего света и улучшения общей производительности системы дневного света.
BMW X6 с краской Vantablack
В сентябре 2019 года, BMW показал в концепции X6 с Vantablack краской. Хотя неотражающая краска, безусловно, будет отличать внедорожник от многолюдных конкурентов, компания не планирует производить цвет на серийных моделях X6.
В настоящее время этот гипнотизирующий черный цвет также используется художниками и дизайнерами для украшения предметов и создания интригующих оптических иллюзий. Фактически, если вы видите этот цвет на трехмерном объекте, таком как сморщенная фольга, сторона с покрытием выглядит как темная 2D (плоская) поверхность.
Vantablack выращен на фольге
11. Не так легко купить
Производство Vantablack-это сложный процесс: в настоящее время он разрабатывается в Surrey NanoSystems lap с использованием сложных машин. Общий процесс производства (запатентованный) занимает почти 2 дня.
Таким образом, вы не можете просто купить ведро Vantablack и начать красить свои стены. Это стоит больше, чем золото и бриллиант. Однако если вам это нужно для вашего исследовательского проекта, вы можете предоставить необходимую информацию в компанию.
Самый черный материал на Земле не дает тонуть в воде алюминиевому диску
Еще два года назад компания Surrey NanoSystems создала из нанотрубок самый черный материал на Земле, который получил название Vantablack (Vertically Aligned NanoTube Arrays). У этого материала был зафиксирован самый низкий коэффициент отражения среди всех прочих известных темных материалов — всего 0,036%. Для демонстрации свойств Vantablack его создатели сняли ролик с лазерной указкой. Пятно света, которое проходит по поверхности этого материала, просто пропадает. Все это похоже на черную дыру в миниатюре.
Уже в этом году специалисты той же компании представили новую версию Vantablack, Vantablack 2. Его коэффициент отражения пока не сообщается — просто потому, что чувствительность современных спектрометров слишком мала. В итоге коэффициент отражения остается неизвестным — нулю он не равен, это невозможно, но стремится к нему.
Такой материал может быть просто подарком для военных — ведь он поглощает свет, ультрафиолет, инфракрасное излучение. Военные при помощи Vantablack 2 могут создавать «теплозащитный камуфляж» для маскировки своей техники. Также его можно использовать в науке и технике — в частности, для калибровки оптического оборудования, предотвращения рассеивания света в телескопах, улучшения ИК-камер, работающих на Земле и в космосе. Также материал может применяться в системах тепловой защиты и в качестве покрытия миниатюрных узлов и элементов различных микроэлектромеханических устройств. Наверное, какие-то аксессуары, покрытые таким материалом, будут популярны и среди богатых людей. Материал, не отражающий свет — это ведь может стать последним писком моды! Интересно, что учёным, создавшим Vantablack, запрещено разговаривать с журналистами на тему потенциального военного применения их материала, и цену на него они также отказались озвучить, ограничившись фразой «он очень дорогой». Ранее интерес к материалу высказывал скульптор Аниш Капур.
Пример скульптуры, изготовленной с использованием Vantablack. Выглядит очень необычно
Он же стал первым представителем мира искусства, получившего право использовать такой материал. При этом Капур получил эксклюзивное право на использование Vantablack 2, чему не слишком рады коллеги скульптора. Сейчас Vantablack уже используется в искусстве. В частности, этим материалом собираются покрывать даже толстовки. Хотя, судя по тому, что говорят о цене Vantablack 2 его создатели, такая одежда будет не просто дорогой, а очень дорогой. Да и условия ее ношения пока неясны. Не смоет ли сверх-дорогое покрытие обычным дождем, например?
Покрытие Vantablack 2 на алюминии
Интересно, что разработчики не сообщают подробную информацию о процессе создания Vantablack 2, известно только, что в качестве основы используются нанотрубки, выращиваемые при температуре 430ºC в камере Chemical Vapour Deposition. Материал составляется из миллионов таких нанотрубок толщиной около 20 нанометров. Это в 3500 раз меньше, чем диаметр волоса человека — от 14 до 50 микрон. По оценкам специалистов, 1 см2 поверхности, покрытой Vantablack 2, содержит около миллиарда нанотрубок. Эффект абсолютной черноты создается благодаря тому, что свет попадает между трубок, отражается между ними и не может выйти наружу. Для понимания ситуации ученые предлагают представить ситуацию, когда вы прогуливаетесь по лесу, где высота деревьев составляет не 10-20 метров а 3 км и больше. Нижние ярусы такого леса солнечных лучей видеть не будут вовсе.
Сейчас разработчики представили новое видео с участием своего материала. Видео необычное, поскольку здесь по поверхности воды плавает алюминиевый диск. Да, мы привыкли, что вещи плотнее воды тонут, но здесь все по-другому. Surrey Nanosystems демонстрируют экстремальную гидрофобность Vantablack 2. Диск без проблем плавает на поверхности воды, а когда его вынимают, он остается полностью сухим. Такое свойство материала объясняется тем, что у него чрезвычайно низкая энергия поверхности. В комплексе с большой поверхностью диска это помогает ему держаться на воде.
Вот и само видео:
Стоит отметить еще и то, что если человек смотрит на Vantablack 2, он не воспринимает предмет с таким покрытием, как нечто материальное. Вместо этого мозг говорит нам о том, что это провал в черноту, ничто.
Но все же это не абсолютно черное тело, как и говорилось выше, хотя степень поглощения материалом электромагнитного излучения определенных видов и стремится к 100%. Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах. Таким образом, для абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 при излучениях всех частот, направлений распространения и поляризаций. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
14 различных типов металлов
Термин "металл" происходит от греческого слова "metalléuō", что означает выкапываю или добываю из земли. Наша планета содержит много металла. На самом деле из 118 элементов периодической системы порядка 95 являются металлами.
Это число не является точным, потому что граница между металлами и неметаллами довольно расплывчата: нет стандартного определения металлоида, как нет и полного согласия относительно элементов, соответствующим образом классифицированных как таковые.
Сегодня мы используем различные виды металлов, даже не замечая их. Начиная с зажимов в сантехнике и заканчивая устройством, которое вы используете для чтения этой статьи, все они сделаны из определенных металлов. Фактически, некоторые металлические элементы необходимы для биологических функций, таких как приток кислорода и передача нервных импульсов. Некоторые из них также широко используются в медицине в виде антацидов.
Все металлы в периодической таблице можно классифицировать по их химическим или физическим свойствам. Ниже мы перечислили некоторые различные типы металлов вместе с их реальным применением.
Классификация по физическим свойствам
14. Легкие металлы
Сплав титана 6AL-4V
Примеры: Алюминий, титан, магний
Легкие металлы имеют относительно низкую плотность. Формального определения или критериев для идентификации этих металлов нет, но твердые элементы с плотностью ниже 5 г/см³ обычно считаются легкими металлами.
Металлургия легких металлов была впервые развита в середине 19 века. Хотя большинство из них происходит естественным путем, значительная их часть образуется при электротермии и электролизе плавленых солей.
Их сплавы широко используются в авиационной промышленности благодаря их низкой плотности и достаточным механическим свойствам. Например, сплав титана 6AL-4V составляет почти 50 процентов всех сплавов, используемых в авиастроении. Он используется для изготовления роторов, лопастей компрессоров, мотогондол, компонентов гидравлических систем.
13. Тяжелые металлы
Окисленные свинцовые конкреции и кубик размером 1 см3
Примеры: железо, медь, кобальт, галлий, олово, золото, платина.
Тяжелые металлы - это элементы с относительно высокой плотностью (обычно более 5 г/см³) и атомным весом. Они, как правило, менее реактивны и содержат гораздо меньше растворимых сульфидов и гидроксидов, чем более легкие металлы.
Эти металлы редки в земной коре, но они присутствуют в различных аспектах современной жизни. Они используются в солнечных батареях, сотовых телефонах, транспортных средствах, антисептиках и ускорителях частиц.
Тяжелые металлы часто смешиваются в окружающей среде из-за промышленной деятельности, ухудшая качество почвы, воды и воздуха, а затем вызывая проблемы со здоровьем у животных и растений. Выбросы транспортных средств, горнодобывающие и промышленные отходы, удобрения, свинцово-кислотные батареи и микропластики, плавающие в океанах, являются одними из наиболее распространенных источников тяжелых металлов в этом контексте.
12. Белый металл
Подшипники из белого металла
Примеры: Обычно изготавливается из олова, свинца, висмута, сурьмы, кадмия, цинка.
Белые металлы - это различные светлые сплавы, используемые в качестве основы для украшений или изделий из серебра. Например, многие сплавы на основе олова или свинца используются в ювелирных изделиях и подшипниках.
Белый металлический сплав изготавливается путем объединения определенных металлов в фиксированных пропорциях в соответствии с требованиями конечного продукта. Основной металл для ювелирных изделий, например, формуется, охлаждается, экстрагируется, а затем полируется, чтобы придать ему точную форму и блестящий вид.
Они также используются для изготовления тяжелых подшипников общего назначения, подшипников внутреннего сгорания среднего размера и электрических машин.
11. Хрупкий металл
Хрупкое разрушение чугуна
Примеры: сплавы углеродистой стали, чугуна и инструментальной стали.
Металл считается хрупким, если он твердый, но не может противостоять ударам или вибрации под нагрузкой. Такие металлы под воздействием напряжения ломаются без заметной пластической деформации. Они имеют низкую прочность на разрыв и часто издают щелкающий звук при поломке.
Многие стальные сплавы становятся хрупкими при низких температурах, в зависимости от их обработки и состава. Чугун, например, твердый, но хрупкий из-за высокого содержания углерода. Напротив, керамика и стекло гораздо более хрупки, чем металлы, из-за их ионных связей.
Галлий, висмут, хром, марганец и бериллий также хрупки. Они часто используются в различных гражданских и военных целях, связанных с высокими деформационными нагрузками. Чугун, устойчивый к повреждениям в результате окисления, используется в машинах, трубах и деталях автомобильной промышленности, таких как корпуса коробок передач и головки цилиндров.
10. Тугоплавкий металл
Микроскопическое изображение вольфрамовой нити в лампе накаливания
Примеры: молибден, вольфрам, тантал, рений, ниобий.
Тугоплавкие металлы имеют чрезвычайно высокие температуры плавления (более 2000 °С) и устойчивы к износу, деформации и коррозии. Они являются хорошими проводниками тепла и электричества и имеют высокую плотность.
Другой ключевой характеристикой является их термостойкость: они не расширяются и не растрескиваются при многократном нагревании и охлаждении. Однако они могут деформироваться при высоких нагрузках и окисляться при высоких температурах.
Благодаря своей прочности и твердости они идеально подходят для сверления и резки. Карбиды и сплавы тугоплавких металлов используются почти во всех отраслях промышленности, включая горнодобывающую, автомобильную, аэрокосмическую, химическую и ядерную.
Металлический вольфрам, например, используется в ламповых нитях. Сплавы рения используются в гироскопах и ядерных реакторах. А ниобиевые сплавы используются для форсунок жидкостных ракетных двигателей.
9. Черные и цветные металлы
Валы-шестерни из (черной) нержавеющей стали
Черные металлы: Сталь, чугун, сплавы железа.
Цветные металлы: Медь, алюминий, свинец, цинк, серебро, золото.
Термин "железо" происходит от латинского слова "Ferrum", что переводится как "железо". Таким образом, термин "черный металл" обычно означает "содержащий железо", тогда как "цветной металл" означает металлы и сплавы, которые не содержат достаточного количества железа.
Поскольку черные металлы могут иметь широкий спектр легирующих элементов, которые значительно изменяют их характеристики, очень трудно поместить свойства всех черных металлов под один зонт. Тем не менее некоторые обобщения могут быть сделаны, например, большинство черных металлов являются твердыми и магнитными.
Черные металлы используются для применения с высокой нагрузкой и низкой скоростью, в то время как цветные металлы предпочтительны для применения с высокой скоростью и нулевой нагрузкой для применения с низкой нагрузкой.
Сталь является наиболее распространенным черным металлом. Она составляет около 80% всего металлического материала благодаря своей доступности, высокой прочности, низкой стоимости, простоте изготовления и широкому спектру свойств. Она широко используется в строительстве и обрабатывающей промышленности. Фактически, рост производства стали показывает общее развитие промышленного мира.
8. Цветные и благородные металлы
Ассортимент благородных металлов
Цветные металлы: медь, алюминий, олово, никель, цинк
Благородные металлы: родий, ртуть, серебро, рутений, осмий, иридий
Цветные металлы - это обычные и недорогие металлы, которые корродируют, окисляются или тускнеют быстрее, чем другие металлы, когда подвергаются воздействию воздуха или влаги. Они в изобилии встречаются в природе и легко добываются.
Они широко используются в промышленных и коммерческих целях и имеют неоценимое значение для мировой экономики благодаря своей полезности и повсеместности. Некоторые цветные металлы обладают отличительными характеристиками, которые не могут быть продублированы другими металлами. Например, цинк используется для гальванизации стали, чтобы защитить ее от коррозии, а никель - для изготовления нержавеющей стали.
Благородные металлы, с другой стороны, устойчивы к окислению и коррозии во влажном воздухе. Согласно атомной физике, благородные металлы имеют заполненный электрон d-диапазона. В соответствии с этим строгим определением, медь, серебро и золото являются благородными металлами.
Они находят применение в таких областях, как орнамент, металлургия и высокие технологии. Их точное использование варьируется от одного элемента к другому. Некоторые благородные металлы, такие как родий, используются в качестве катализаторов в химической и автомобильной промышленности.
7. Драгоценные металлы
Родий: 1 грамм порошка, 1 грамм прессованного цилиндра и 1 г аргонодуговой переплавленной гранулы
Примеры: палладий, золото, платина, серебро, родий.
Драгоценные металлы считаются редкими и имеют высокую экономическую ценность. Химически они менее реакционноспособны, чем большинство элементов (включая благородные металлы). Они также пластичны и имеют высокий блеск.
Несколько веков назад эти металлы использовались в качестве валюты. Но сейчас они в основном рассматриваются как промышленные товары и инвестиции. Многие инвесторы покупают драгоценные металлы (в основном золото), чтобы диверсифицировать свои портфели или победить инфляцию.
Серебро - второй по популярности драгоценный металл для ювелирных изделий (после золота). Однако его значение выходит далеко за рамки красоты. Оно обладает исключительно высокой тепло- и электропроводностью и чрезвычайно низким контактным сопротивлением. Именно поэтому серебро широко используется в электронике, батареях и противомикробных препаратах.
Классификация по химическим свойствам
6. Щелочные металлы
Твердый металлический натрий
Примеры: натрий, калий, рубидий, литий, цезий и франций.
Щелочь относится к основной природе гидроксидов металлов. Когда эти металлы реагируют с водой, они образуют сильные основания, которые легко нейтрализуют кислоты.
Они настолько реактивны, что обычно встречаются в природе в слиянии с другими веществами. Карналлит (хлорид калия-магния) и сильвин (хлорид калия), например, растворимы в воде и, таким образом, легко извлекаются и очищаются. Нерастворимые в воде щелочи, такие, как фторид лития, также существуют в земной коре.
Одно из самых популярных применений щелочных металлов - использование цезия и рубидия в атомных часах, наиболее точных из известных эталонов времени и частоты. Литий используется в качестве анода в литиевых батареях, композиты калия используются в качестве удобрений, а ионы рубидия используются в фиолетовых фейерверках. Чистый металлический натрий широко используется в натриевых лампах, которые очень эффективно излучают свет.
5. Щелочноземельные металлы
Изумрудный кристалл, основной минерал бериллия.
Примеры: бериллий, кальций, магний, барий, стронций и радий.
Щелочноземельные металлы в стандартных условиях мягкие и серебристо-белые. Они имеют низкую плотность, температуру кипения и температуру плавления. Хотя они не так реакционноспособны, как щелочные металлы, они очень легко образуют связи с элементами. Как правило, они вступают в реакцию с галогенами, образуя галогениды щелочноземельных металлов.
Все они встречаются в земной коре, кроме радия, который является радиоактивным элементом. Радий уже распадался в ранней истории Земли из-за относительно короткого периода полураспада (1600 лет). Современные образцы поступают из цепочки распада урана и тория.
Щелочноземельные металлы имеют широкий спектр применения. Бериллий, например, используется в полупроводниках, теплопроводниках, электрических изоляторах и в военных целях. Магний часто сплавляют с цинком или алюминием для получения материалов со специфическими свойствами. Кальций в основном используется в качестве восстановителя, а барий используется в вакуумных трубках для удаления газов.
4. Переходные металлы
Примеры: титан, ванадий, хром, никель, серебро, вольфрам, платина, кобальт.
Большинство элементов используют электроны из своей внешней оболочки для связи с другими элементами. Переходные металлы, однако, могут использовать две крайние оболочки для соединения с другими элементами. Это химическая особенность, которая позволяет им связываться со многими различными элементами в различных формах.
Они занимают среднюю часть таблицы Менделеева, служа мостом между (или переходом) между двумя сторонами таблицы. Более конкретно, есть 38 переходных металлов в группах с 3 по 12 периодической таблицы. Все они являются пластичными, податливыми и хорошими проводниками тепла и электричества.
Многие из этих металлов, такие как медь, никель, железо и титан, используются в конструкциях и в электронике. Большинство из них образуют полезные сплавы друг с другом и с другими металлическими веществами. Некоторые из них, включая золото, серебро и платину, называются благородными металлами, потому что они крайне инертны и устойчивы к кислотам.
3. Постпереходные металлы
Висмут в виде синтетических кристаллов
Примеры: алюминий, галлий, олово, свинец, таллий, индий, висмут.
Постпереходные металлы в периодической таблице - это элементы, расположенные справа от переходных металлов и слева от металлоидов. Из-за своих свойств они также называются "бедными" или "другими" металлами.
Физически они хрупки (или мягки) и имеют более низкую температуру плавления и механическую прочность, чем переходные металлы. Их кристаллическая структура довольно сложна: они проявляют ковалентные или направленные эффекты связи.
Различные металлы этого семейства имеют различное применение. Алюминий, например, используется для изготовления оконных рам, кухонной посуды, банок, фольги, деталей автомобилей. Оловянные сплавы используются в мягких припоях, оловянных и сверхпроводящих магнитах.
Индиевые сплавы используются для изготовления плоских дисплеев и сенсорных экранов, а галлий - в топливных элементах и полупроводниках.
2. Лантаноиды
1-сантиметровый кусок чистого лантана
Примеры: лантан, церий, прометий, гадолиний, тербий, иттербий, лютеций.
Лантаноиды - это редкоземельные металлы с атомными номерами от 57 до 71. Впервые они были обнаружены в 1787 году в необычном черном минерале (гадолините), обнаруженном в Иттербю, Швеция. Позже минерал был разделен на различные элементы лантаноидов.
Лантаноиды - это металлы с высокой плотностью, плотность которых колеблется от 6,1 до 9,8 г/см³, и они, как правило, имеют очень высокие температуры кипения (1200-3500 °C) и очень высокие температуры плавления (800-1600 °C).
Сплавы лантаноидов используются в металлургии из-за их сильных восстановительных способностей. Около 15 000 тонн лантаноидов ежегодно расходуется в качестве катализаторов и при производстве стекол. Они также широко используются в лазерах и оптических усилителях.
Некоторые исследования показывают, что лантаноиды могут быть использованы в качестве противораковых средств. Лантан и церий, в частности, могут подавлять пролиферацию раковых клеток и способствовать цитотоксичности.
1. Актиниды
Металлический уран, высокообогащенный ураном-235
Примеры: актиний, уран, торий, плутоний, фермий, нобелий, лоренций
Подобно лантаноидам, актиниды образуют семейство редкоземельных элементов с аналогичными свойствами. Они представляют собой серию из 15 последовательных химических элементов в периодической системе от атомных номеров 89 до 103.
Все они радиоактивны по своей природе. Синтетически произведенный плутоний, а также природные уран и торий являются наиболее распространенными актинидами на Земле. Первым актинидом, который был открыт в 1789 году, был уран. И большая часть существующих продуктов актинидов была произведена в 20 веке.
Их свойства, такие как излучение радиоактивности, пирофорность, токсичность и ядерная критичность, делают их опасными для обращения. Сегодня значительная часть (кратковременных) актинидов производится ускорителями частиц в исследовательских целях.
Некоторые актиниды нашли применение в повседневной жизни, например, газовые баллоны (торий) и детекторы дыма (америций), большинство из них используются в качестве топлива в ядерных реакторах и для изготовления ядерного оружия. Уран-235 является наиболее важным изотопом для применения в ядерной энергетике, который широко используется в тепловых реакторах.
Самый черный материал в мире
Ученые из Национальной физической лаборатории Великобритании и британской компании Surrey NanoSystems усовершенствовали знаменитый Vantablack, занесенный в Книгу рекордов Гиннеса как самый черный материал, когда-либо сделанный человеком.
Vantablack представляет собой субстанцию из вертикальных массивов углеродных нанотрубок. Он является самым черным из всех известных человеку веществ, поглощая 99,965% падающего на него излучения: видимого света, микроволн и даже радиоволн. Интересна реакция человеческого глаза на Vantablack: благодаря почти полному отсутствию отраженного света, человек воспринимает его не как черный предмет, а как некую черную дыру. Например, сделанная из него сфера кажется глазу таинственной двухмерной чернотой.
Состоит неординарный материал из вертикально расположенных углеродных трубок на алюминиевой фольге. Фотоны, попадая на Vantablack, теряются между нанотрубками и почти не отражаются обратно, превращаясь в тепло и рассеиваясь. Если посветить на вещество лазерной указкой, пятно просто исчезает, словно в черной дыре.
Vantablack внесен в Книгу рекордов Гиннесса как самая черная субстанция, когда-либо изготовленная человеком.
Теперь британцы усовершенствовали материал, однако измерить его характеристики пока не удалось: сверхчерный Vantablack 2 просто не поддается измерению ни одним спектрометром. Не видны на сверхчерном веществе и никакие складки, если материал попытаться скомкать, как фольгу — он останется такой же черной дырой для глаз.
Показывать суперчёрный материал при помощи обычных TFT-мониторов - то же самое, что реклама качества картинки супер-телевизора, которую смотришь на черно-белом кинескопе древнего Горизонта.
Баян на баяне сидит и баяном погоняет.
Хз, я спокойно разглядел границы черного шара на фоне этого материала. Не знаю, что на видео, но как-то не очень похоже на Vantablack.
Что по цене, можете кто сказать? я уже вижу шикарнейший подарок.
Контуры кругляша на фоне квардрата еле еле,но видно.
Мысль. Если он все поглощает, но не дезинтегрирует, а просто не выпускает частицы, то что будет, когда конструкция нанотрубок переполнится?
а есть видос где на нее фонариком светят ?
Хочу костюм ниндзя из него.
Костюмчик такой надеть, чтобы целиком, с ног до головы закрывал, - ходячая чёрная дыра будет вызывать у прохожих сильнейший когнитивный диссонанс и возможно вводить в ступор.
прифотошопте туда кто-нибудь лицо Обамки!
1. Черные истошно орут о нарушении их прав;
2. Белые создают самый черный материал на планете;
3. Обмазываются им с головы до ног;
4. Теперь белые самые черные;
ласка- магия чёрного
Покрасьте мою машину в него!:)
Я бы тачку такой штукой закрасил. Был просто Ваз - будет Ваз "Черная дыра".
Самому черному материалу планеты придали еще больше черноты
«Vantablack» представляет собой уникальную субстанцию, состоящую из углеродных нанотрубок. В 2014 году специалистам из британской фирмы «Surrey Nanosystems» удалось получить этот удивительный материал, являющийся самым черным на нашей планете.
Когда человек смотрит на него, наш мозг не в состоянии понять, что перед ним находиться, и воспринимает «Vantablack» не как плоскую поверхность, а как абсолютно черную дыру в пространстве.
До недавнего времени чудо-субстанция поглощала примерно 99,965% попадающего на нее излучения: радиоволн, микроволн и видимого света. На представленном ниже видео демонстрируется лазерный луч, направленный на данный материал. Световая точка отчетливо видна на лабораторном столе, однако, когда лазер попадает на «Vantablack», фотоны теряются между углеродными нанотрубками, практически не отражаясь обратно, и увидеть излучение просто невозможно.
На прошедшей неделе сотрудники компании «Surrey Nanosystems» заявили, что им удалось сделать свой материал еще более черным. Правда, насколько именно, определить нельзя, так как даже самым современным и чувствительным спектрометрам не под силу произвести измерения количества отражаемого от этой субстанции света. Известно лишь, что данное значение составляет более 99,965%, но менее 100%, поскольку получение материала со стопроцентным показателем поглощения излучения все же физически невозможно. По крайней мере, так принято пока считать в научных кругах.
Вы наверняка уже задались вопросом: можно ли найти «Vantablack» какое-нибудь применение? Ответ - «однозначно да», причем во множестве сфер. К примеру, в военной промышленности материал, поглощающий почти весь попадаемый на него свет, может быть использован для создания так называемого «температурного камуфляжа», делающего разведывательную или боевую летательную технику невидимой для локаторов, реагирующих на тепло. Впрочем, британцы отказываются отвечать на какие-либо вопросы, касающиеся военного применения их разработки.
Зато они охотно рассказывают, что «Vantablack» станет незаменимым в сверхчувствительной оптической электронике, где даже слабый отраженный свет способен сильно исказить полезный сигнал или даже привести к потере работоспособности устройства. К подобной технике, к примеру, относятся мощные телескопы, предназначенные для наблюдений за далекими тусклыми звездами и черными дырами.
Кроме того, известный британско-индийский скульптор Аниш Капур приобрел недавно эксклюзивные права на использование «Vantablack» в искусстве. Остается только гадать, как именно художник воспользуется абсолютно черным материалом в своем творчестве и какова будет реакция публики на такую композицию. Неужели новый «черный квадрат», только теперь в скульптуре.
Самый черный материал
Этот темный-темный шестиугольник — образец материала Vantablack, самого черного из созданных человеком на сегодняшний день. Vantablack поглощает 99% света на длинах волн в диапазоне от 2,5 мкм до 15 мкм, а в видимом — так и вовсе 99,965% (для сравнения, самый черный уголь поглощает около 96% света). Строго говоря, ту черноту, которую мы видим на этой фотографии, нельзя даже назвать цветом — скорее, это его полное отсутствие.
Изначально Vantablack предназначался для космических нужд. Материал хорошо проявил себя с точки зрения прочности: удары и вибрации, похожие на те, что возникают, например, при запуске космического аппарата, никак не влияют на структуру материала. Тем удивительнее, что нарушить эту самую структуру способно самое незначительное давление: если просто потрогать поверхность Vantablack пальцем, углеродные трубки «примнутся», и материал потеряет значительную часть свойств. Тем не менее список областей применения этого материала постоянно растет: он помогает улучшать телескопы (например, за счет поглощения рассеянного света в их трубах) и другие оптические и инфракрасные приборы, солнечные электростанции, его используют в кино и в дизайне.
Материал обладает и другими удивительными свойствами, одно из которых хорошо видно на сегодняшней картинке дня: он умеет «съедать» пространственное измерение. На фото шестиугольник кажется плоским. На самом же деле Vantablack насажден на алюминиевую фольгу с неровностями и заломами. На видео это хорошо заметно:
Как все-таки это работает? Из названия (VANTA — Vertically Aligned NanoTube Arrays) следует, что материал состоит из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. Когда свет падает на поверхность Vantablack, он почти не отражается от нее, потому что толщина нанотрубок (около 20 нм) гораздо меньше длин волн оптического диапазона (который начинается от 380 нм). Большая часть света проходит между нанотрубками внутрь материала, где фотоны, многократно отражаясь от стенок, теряются в «лесу» нанотрубок и в конце концов поглощаются. При этом энергия света никуда не исчезает — она идет на нагрев материала. Поэтому Vantablack должен довольно быстро и сильно нагреваться. Но здесь дает о себе знать еще одно ценное свойство этого материала: плотно упакованные вертикальные нанотрубки прекрасно отводят тепло по длине.
Подобный материал не может существовать «сам по себе». Технология изготовления включает в себя насаждение углеродистых соединений на твердую подложку. Было бы удобно использовать подложки из алюминия, но первоначально насаждение углеродных нанотрубок производилось при высоких температурах (около 750°С), превышающих температуру плавления алюминия (660°С). Из-за этого для подложки пришлось использовать кремний. Однако кремний слишком хрупок для космических миссий, поэтому было решено усовершенствовать технологию создания Vantablack, чтобы нанотрубки можно было растить на более легком и прочном алюминии.
Для этого исследователям понадобилось несколько нетривиальных технических решений. Образцы подложки были изготовлены из алюминиевого сплава 6061-T6, затем химически очищены, и на них методом электроакустического осаждения было нанесено покрытие, которое улучшает адгезию VANTA-пленки с подложкой. Далее наносился катализатор, предназначенный для поглощения инфракрасной энергии от источника излучения и гарантирующий надежную адгезию углеродных нанотрубок к подложке. После осаждения катализатора образцы подвергали обработке на стадии активации в восстановительной атмосфере при температуре 450°С. Затем образцы переносили в реактор для фототермического плазменно-химического осаждения из газовой фазы. Этот процесс обеспечивает быстрый нисходящий нагрев катализируемой поверхности образца, сохраняя при этом основную часть подложки при значительно более низкой температуре с помощью охлаждения его опорной плитой. Рост углеродных нанотрубок был инициирован при пониженном давлении с использованием ацетилена в качестве источника углерода в смешанном газе-носителе при температуре 425°С.
Благодаря этой технологии стало возможным насаждение углеродных нанотрубок и на другие материалы: кобальт, медь, молибден, сапфир, титан, кварц и нержавеющую сталь. А недавно было разработано покрытие Vantablack S-VIS, которое можно наносить на различные поверхности как (почти) обычный спрей.
Читайте также: