Исследователи Корнеллского университета разработали новый способ получения ультраблэк ткани, которая отражает в среднем всего 0,13% входящего света, что делает её самой темной тканью, зарегистрированной на сегодняшний день. Ультраблэк‑материалы отражают менее 0,5% поступающего света, поэтому поглощают почти весь видимый свет и выглядят почти полностью черными. По этой причине они применяются в технологиях, таких как камеры, телескопы и солнечные тепловые системы, где снижение нежелательных отражений имеет важное значение. По данным исследования, опубликованного в Nature Communications, новая ткань также сохраняет воздухопроницаемость, гибкость и устойчивый черный цвет даже при взгляде под различными углами.
Многие доступные сегодня ультраблэк‑материалы дороги в производстве, требуют сложных методов изготовления или не пригодны для одежды. Некоторые также кажутся менее черными при взгляде под углом.
Чтобы решить эти задачи, команда Корнеллского университета обратилась к природе за вдохновением. Многие животные используют разные цвета на коже, чешуе или перьях, чтобы привлекать партнеров или избегать хищников. Одной из них является великолепная рифлебирд, представитель семейства райских птиц, обитающий в Новой Гвинее и Австралии. Перья птицы сочетают меланин, природный пигмент, придающий цвет коже, волосам и перьям, с крошечными микроскопическими структурами, которые задерживают входящий свет, благодаря чему перья приобретают характерный ультраблэк вид.
Исследователи воспроизвели этот эффект двумя этапами на натуральных тканях. Сначала они окрасили белую трикотажную шерсть мерино полидопамином, синтетическим материалом, имитирующим меланин. Затем ткань подверглась обработке в плазменной камере. Плазма — возбужденное состояние вещества, которое может точно удалять очень малые количества материала с поверхности. В этом случае процесс создал крошечные волосковидные структуры, называемые нанофибриллами, на волокнах шерсти.
«Полидопамин — это синтетический меланин, и меланин — это то, что есть у этих существ», — сказала Ларисса Шеперд, доцент кафедры дизайна с ориентацией на человека Корнеллского университета и старший автор исследования.
Команда обнаружила, что простое покрытие внешней стороны ткани недостаточно. Вместо этого полидопамин должен проникнуть в волокна шерсти до плазмовой обработки. Процесс плазмовой обработки удаляет часть внешней поверхности волокон, оставляя позади нанофибриллы, ответственные за задержку света.
«Свет в принципе пролетает взад и вперед между фибриллами, вместо того чтобы отражаться наружу — именно это создаёт ультраблэк‑эффект», — сказал исследователь Джаямахa.
Тесты показали, что готовая ткань имеет среднюю общую отражательность в 0,13%. Reflectance — это доля входящего света, которую поверхность отражает обратно, поэтому более низкая отражательность означает больший уровень поглощения света. Ткань также сохраняла ультраблэк‑вид на диапазоне обзора в 120 градусов, то есть оставалась черной при углах до 60 градусов как слева, так и справа.
В отличие от многих коммерчески доступных ультраблэк‑материалов новая ткань остаётся дышащей, гибкой и способной принимать формы тела. Исследователи также установили, что ультраблэк‑эффект можно получить при разных настройках плазменной обработки, что позволяет адаптировать процесс для крупномасштабного текстильного производства.
Процесс можно применять не только к шерсти, но и к другим натуральным волокнам, включая шелк и хлопок.
«С точки зрения дизайна это волнительно, потому что большая часть существующего ультраблэк не носима по сравнению с нашей тканью», — сказала Шеперд.
«И он остается ультраблэк и при более широких углах обзора».
Чтобы лучше понять, как перья рифлебирд достигают своего вида, команда изучила перья рифлебирд в Музее позвоночных Университета Корнелл до разработки ткани.
Исследователи также видят применение материала за пределами одежды. Так как ткань поглощает так много света, она может быть полезна в солнечных термических технологиях, превращающих поглощенный свет в тепло. По словам исследователя Парк, ткань также может иметь применение в маскировке. «Мы могли бы использовать ультраблэк‑ткaнь для терморегулируемой маскировки», — сказал Парк.
Материал уже нашёл применение в моде. Осенью прошлого года студентка по программе менеджмента дизайна моды Зои Альварес создала платье без бретелей, вдохновлённое великолепной рифлебирд, используя ультраблэк‑ткань в сочетании с иридесцентно‑голубыми деталями. Исследователи использовали фотографии платья, чтобы подтвердить внешний вид материала. При настройке контраста, яркости, оттенка и насыщенности окружающие цвета изменялись, в то время как ультраблэк‑участки оставались неизменными, что демонстрирует, как эффективно ткань поглощает свет.
Корнеллский университет подал заявку на патентование процесса производства через Центр лицензирования технологий, и исследователи заявили, что надеются коммерциализировать технологию в будущем.
Источник: Cornell University, Nature
Эта статья частично подготовлена с помощью искусственного интеллекта и прошла редакторскую проверку. В рамках Раздела 107 Закона об авторском праве 1976 года этот материал используется в целях освещения новостей. Добросовестное использование — это пользование, разрешённое законом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать закон.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
