Существует обычный чёрный цвет, а есть ультрачёрный. Оттенок, который отражает менее 0,5% падающего на него света, используется в самых разных областях — от телескопов до камер. Получить такой цвет непросто, и при взгляде под углом он может выглядеть менее чёрным.
Поиск лучшего способа воспроизвести этот цвет
Команда учёных из Корнельского университета обратилась к природе в поисках лучшего способа воспроизвести этот удивительный цвет. Их внимание привлекла птица — великолепный Riflebird (птица-райская винтовка). Результат их работы — самая чёрная ткань из когда-либо созданных, подробности которой опубликованы в журнале Nature Communications.
Птица другого цвета
Великолепный Riflebird — это крупная певчая птица из семейства райских птиц, обитающая в Новой Гвинее и Австралии. Самцы Riflebird почти полностью чёрные, с зелёным и синим металлическим блеском на животе, горле и перьях на голове.
С помощью Мэри М. Ферраро и Вани Роувер из Корнельской лаборатории орнитологии команда изучила чёрные перья Riflebird. Их цвет обусловлен пигментом меланином в сочетании с плотно расположенными нитями, называемыми бороздками, которые отражают свет внутрь. Эта комбинация пигментных бородок означает, что перья поглощают почти весь падающий на них свет, делая птицу необычайно чёрной. Однако перья становятся ультрачёрными только при взгляде прямо. При взгляде под углом оперение выглядит блестящим.
Крашение и травление
Исследователи из лаборатории Responsive Apparel Design (RAD) университета окрасили белую шерстяную ткань из мериносовой пряжи полидопамином — соединением, которое можно использовать в качестве тёмного красителя.
«Полидопамин — это синтетический меланин, такой же, какой есть у этих существ», — сказала доктор Ларисса Шеперд, соавтор исследования и учёный в области материалов. «У Riflebird есть действительно интересные иерархические структуры — бородки, наряду с меланином. Поэтому мы хотели объединить эти аспекты в текстиле».
Простого покрытия поверхности шерсти полидопамином было недостаточно для создания ультрачёрной ткани. Полидопамину нужно было полностью проникнуть в волокна ткани, чтобы каждый квадратный дюйм стал чёрным. Для этого они протравили ткань в плазменной камере, чтобы создать колючие наноразмерные наросты, называемые нановолокнами.
«Свет фактически отскакивает назад и вперёд между волокнами, вместо того чтобы отражаться обратно — именно это создаёт эффект ультрачёрного цвета», — добавил соавтор исследования и докторант Хансади Джаямаха.
Нановолокна в конечном итоге стали способом имитировать то, как ультрачёрные перья Riflebird улавливают свет и поглощают большую часть падающего на них света. Используя эту комбинацию красителя полидопамина и нановолокон, команда создала самую чёрную ткань из когда-либо созданных.
В своём новом исследовании команда сообщает, что ткань имеет средний коэффициент общего отражения 0,13%, что делает её самой чёрной тканью из когда-либо зарегистрированных. Она также остаётся ультрачёрной в диапазоне 120 градусов, то есть выглядит одинаково под углом до 60 градусов в любую сторону или прямо.
«С точки зрения дизайна это интересно, потому что многие существующие ультрачёрные материалы не так удобны в носке, как наш», — добавила Шеперд. «И он остаётся ультрачёрным даже под более широкими углами».
От подиума до солнечных панелей
Эта ткань имеет несколько применений как в области моды, так и в сфере высоких технологий. По словам соавтора исследования и докторанта Кюина Парка, ультрачёрная ткань может помочь солнечным панелям преобразовывать и использовать поглощённый свет в тепловую энергию. «Мы могли бы использовать ультрачёрную ткань для терморегулирующего камуфляжа», — сказал он.
Кроме того, студентка-дизайнер одежды и недавняя выпускница Зои Альварес прошлой осенью создала чёрное платье без бретелек, вдохновлённое Riflebird. Ультрачёрная ткань стала центральным элементом с добавлением переливов синего цвета. Изображения этого платья использовались для подтверждения истинной «чёрности» ультрачёрного материала. При регулировке контрастности, оттенка, насыщенности или яркости другие цвета менялись, но ультрачёрный оставался прежним.
Исследователи подали заявку на патентную защиту и надеются создать компанию, которая будет окрашивать ткани по их технологии. Её можно использовать на натуральных материалах, включая хлопок, шерсть и даже шёлк.