Vannak színek, amelyekben autókat árulnak, és van fekete. De ma nem akármilyen feketéről beszélünk, hanem olyan mély feketéről, hogy a fény beleesik, és soha többé nem jön ki. Egy fekete, amely egy háromdimenziós járműből kétdimenziós sziluettet csinál, akár egy lyuk a tájba.
Évek óta ez a fokú feketeség laboratóriumi álom, technológiai furcsaság, amelyet az űrteleszkópoknak és az exkluzív műalkotásoknak tartanak fenn. Most egy kínai kutatócsoportnak sikerült megtennie azt az ugrást, amelyre az autóipar egy évtizede várt: egy ultrafekete bevonatot, amely hagyományos festési technikákkal is felvihető, és az elemeknek is ellenáll.
Miért Kínában folyik a verseny a világ legfeketébb emberéért?
A kínai autópiacon a fekete lett a divatos szín par excellence. Az egykor fehér uralta piac – egykor az eladások kétharmadát jelentette – gyökeres változáson ment keresztül. Ma az ország újautó-eladásainak csaknem egynegyedét a fekete teszi ki.
arról beszélünk 7,5 millió fekete jármű évente (több, mint Európa és Észak-Amerika együttes piaca). Ez a skála kolosszális gazdaságosságot generál a festékgyártók számára, és olyan gazdasági ösztönzőt hoz létre, amely felgyorsítja a kutatást és a fejlesztést. A fekete Kínában a státusz és a luxus színe, és úgy tűnik, hogy a mottó: minél feketébb, annál jobb.
Mi az ultra fekete bevonat? A „fekete lyuk” tudománya
Hogy megértsük, miért olyan forradalmi ez az előrelépés, érdemes egy kirándulást tenni a végtelenül kicsinyek világába. A nanométer a méter egymilliárd része. Atommérlegekről beszélünk. Ezen a mikroszkopikus területen a tudósoknak sikerült széncsövekből álló erdőket létrehozniuk, amelyek függőlegesen helyezkednek el, mintha törpe fák lennének a felszínen. Ezen nanocsövek mindegyike csak néhány atom átmérőjű.
Ez a keret, az úgynevezett VACNT (az angol Vertically Aligned Carbon Nanotube szóból), optikai csapdaként működik. Amikor egy fényfoton eléri ezt a felületet, nem egy sima réteget talál, amely visszavezeti a kifelé, hanem egy függőleges falak labirintusát, ahol újra és újra visszapattan, amíg energiája hő formájában teljesen el nem oszlik.
Az eredmény: a fény visszaverődés helyett elnyelődik. És visszavert fény nélkül nincs érzékelhető szín. Csak egy fekete űr. Az ezen a technológián alapuló anyagok a fény 98-99,9%-át képesek elnyelni a teljes spektrumban, az ultraibolya sugárzástól a távoli infravörösig. Perspektivikusan: a hagyományos fekete a fény 95-98%-át nyeli el. Ez a kis százalékos árrés különbséget tesz a fekete autó és a valóságban lyuknak látszó autó között.
A BMW és a Vantablack beteljesületlen álma
Az ilyen szintű feketeség iránti érdeklődés nem új keletű. 2014-ben a brit Surrey NanoSystems cég mutatta be Vantablackszén nanocsöveken alapuló bevonat, amely a beeső fény 99,965%-át nyelte el.
Az anyag szenzációt keltett a művészeti világban, amikor Anish Kapoor művész megszerezte a művészi felhasználás kizárólagos jogait, amivel a kreatív szektorban máig visszhangzó vitát váltott ki. De 2019-ben úgy tűnt, hogy egy ultrafekete autó álma valóra válik.
A BMW a Frankfurti Autószalonon bemutatott egy X6 Vantablackot, amelyet „a világ legfeketébb autójaként” jellemeztek.
A járműről készült képek elsöprőek voltak: a német SUV, a piac egyik legrobusztusabb kialakítása, lapos sziluettnek, kartonkivágásnak tűnt az aszfalton. A fényszórók, a hűtőrács és más kromatikus elemek brutális kontrasztot alkottak egy karosszériával, amely mintha elnyelte volna a fényt.
De az álom nem tartott sokáig. A Vantablack törékeny volt, drága és nehezen alkalmazható. A BMW által használt, VBx2 névre keresztelt változat egy adaptált változat volt, amely bár lehetővé tette a szórással való festést, mégis rendkívül érzékeny volt az olyan környezeti tényezőkre, mint a fény és a por, ami rontotta a felületét. Ezen túlmenően a karosszériához való tapadása korlátozott volt, tartóssága pedig nem elegendő a napi használatra. Az X6 Vantablack stílusgyakorlat maradt, múzeumi darab, amely soha nem jutott el a kereskedésekbe.
A kínai áttörés: amikor a szén találkozik a szénnel
A sanghaji Nipsea csoport kutatói – Zhiwei Liu vegyész vezetésével – pontosan ezt a két problémát sikerült megoldaniuk: a törékenységet és az alkalmazás nehézségeit. Bevonata, elnevezése CB-CNT (Carbon Black-Carbon Nanotube) a szén két formáját egyesíti: a korom pigmentet, ugyanazt, amit évtizedek óta használnak festékekben, és a csúcstechnológiás szén nanocsöveket.
A megközelítés zsenialitása az anyagok önszerveződésében rejlik. Összekeverve a szénpigment részecskék a nanocsövek mentén elhelyezkednek, és mikroszkopikus csúcsokból és völgyekből álló zord tájat alkotnak. Ezek a völgyek optikai csapdákként működnek: a fény behatol, visszaverődik a szénfalakról, és végül elnyelődik.
Az eredmény egy olyan bevonat, amely elnyeli a látható fény 99,90%-át. Ami a visszaverődést illeti, ez a visszavert fény mindössze 0,08%-át jelenti. A nagy hír nem is annyira a szám – a Vantablack 99,965%-os nedvszívó képességével még mindig valamivel feketébb –, hanem az, hogy ezt az új bevonatot az autógyártók által már használt hagyományos festékpisztolyokkal is fel lehet vinni. Nincs szükség drága gőzleválasztó berendezések felszerelésére vagy vákuumkamrákban végzett munkára. Fújd fel, mint bármely más festéket, és kész.
A kulcs: robusztusság az abszolút feketeséggel szemben
A kutatók bevonatukat tartóssági teszteknek vetették alá, amelyek az eredeti Vantablack darabolását eredményezték volna. A festett panelek 10 napig ellenálltak a 40°C-os vízbe merítésnek anélkül, hogy látható sérülést észleltek volna. Két hétig átmentek a 95%-os páratartalom teszteken és a standard tapadási teszteken is. A Vantablack viszont olyan finom volt, hogy még a fény és a por is ronthatta a felületét.
Ahogy az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézetének egyik kutatója rámutat: „Nagyon nehéz egyszerre szuperfeketének és rendkívül robusztusnak lenni.” A kínai csapat elérte ezt az egyensúlyt. Feláldozták a feketeség töredékét, hogy valami sokkal értékesebbet szerezzenek: annak lehetőségét, hogy ez az anyag elhagyja a laboratóriumot és az utcára kerüljön.
Mit hoz számunkra a jövő? A „négy kilences” horizontja
A kínai kutatók munkája még nem ért véget. Valójában messze vannak attól, hogy elérték a lehetséges elméleti határát. A jövőben azt tervezik, hogy beépítik a fokozatos törésmutató technológiát (GRIT), amely fokozatos rétegeket hoz létre a bevonaton, hogy tovább csökkentse a felületi visszaverődést és több fényt nyeljen el. A végső cél az, hogy elérjük azt, amit a tudósok „a négy kilencesnek” neveznek: a 99,99%-os fényelnyelést.
Ezen a területen a mérés önmagában is kihívássá válik. „Olyan nehéz, mint magát a bevonatot elkészíteni, ha a négy kilencesről beszélünk” – magyarázza a NIST fizikusa. A hagyományos mérőműszerek nem rendelkeznek a szükséges pontossággal az ilyen alacsony reflexiók számszerűsítéséhez, ami új jellemzési módszerek kidolgozását teszi szükségessé. A CB-CNT bevonat azonban a mitikus alak elérése nélkül is bevált.
A kutatók jelenleg a bevonat alkalmazási ablakának ellenőrzésén és tulajdonságainak alapos érvényesítésén dolgoznak. Az UV sugárzással, karcolásokkal, korrózióval és kőhatásokkal szembeni ellenálló képességét még értékelni kell, mielőtt forgalomba kerülhet. De az út meg van határozva.
Több mint festmény: egy új ipari korszak szimbóluma
Ez az előrelépés meghaladja az esztétikát vagy a technológiát. Ez a globális autóipar erőegyensúlyának megváltozását jelzi. Évtizedek óta olyan cégek uralják a csúcskategóriás autófestékek piacát, mint a BASF vagy a PPG.
A Nipsea – egy szingapúri székhelyű, de sanghaji K+F központtal rendelkező csoport – megjelenése azt jelzi, hogy a kínai ellátási lánc már a legmagasabb hozzáadott értékű szegmensekben versenyez. Ez egy szándéknyilatkozat. Bemutatja, hogy a kínai ipar gyártási központból a legmodernebb technológia generátorává válhat. Egy olyan piacon pedig, ahol a színek eladási ponttá váltak, a világ legfeketébb feketének előállítására alkalmas technológia – és ennek praktikus és tartós módja – jelentős versenyelőnyt jelent.
Forrás: EurekAlert
További információ Matter & Light
