Ibland kräver det helt svart att se tydligt. För astronomi och precisionsoptik kan ytbeläggningsenheter i svart färg minska på ströljus, förbättra bilder och förbättra prestanda. För de mest avancerade teleskopen och optiska systemen spelar varje liten roll, så deras tillverkare letar efter de svartaste svarta för att täcka dem.
I Journal of Vacuum Science &Technology A , utvecklade forskare från University of Shanghai for Science and Technology och den kinesiska vetenskapsakademin en ultrasvart tunnfilmsbeläggning för magnesiumlegeringar av flyg- och rymdkvalitet. Deras beläggning absorberar 99,3 % av ljuset samtidigt som den är tillräckligt hållbar för att överleva under svåra förhållanden.
För teleskop som arbetar i rymdens vakuum, eller optisk utrustning i extrema miljöer, är befintliga beläggningar ofta otillräckliga.
"Befintliga svarta beläggningar som vertikalt riktade kolnanorör eller svart kisel är begränsade av bräcklighet", säger författaren Yunzhen Cao. "Det är också svårt för många andra beläggningsmetoder att applicera beläggningar inuti ett rör eller på andra komplicerade strukturer. Detta är viktigt för deras applicering i optiska enheter eftersom de ofta har betydande krökning eller intrikata former."
För att lösa dessa problem vände sig forskarna till atomlagerdeposition (ALD). Med denna vakuumbaserade tillverkningsteknik placeras målet i en vakuumkammare och exponeras sekventiellt för specifika typer av gas, som fäster vid objektets yta i tunna lager.
"En stor fördel med ALD-metoden ligger i dess utmärkta stegtäckningsförmåga, vilket innebär att vi kan erhålla enhetlig filmtäckning på mycket komplexa ytor, såsom cylindrar, pelare och diken," sa Cao.
För att göra sin ultrasvarta beläggning använde teamet omväxlande lager av aluminiumdopad titaniumkarbid (TiAlC) och kiseloxid (SiO2 ). De två materialen arbetar tillsammans för att förhindra att nästan allt ljus reflekteras från den belagda ytan.
"TiAlC fungerade som ett absorberande lager, och SiO2 användes för att skapa en antireflektionsstruktur", sa Cao. "Som ett resultat fångas nästan allt infallande ljus i flerskiktsfilmen, vilket uppnår effektiv ljusabsorption."
I tester fann teamet en genomsnittlig absorption på 99,3% över ett brett spektrum av ljusvåglängder, från violett ljus vid 400 nanometer hela vägen till nära infrarött vid 1 000 nanometer. Med hjälp av ett speciellt barriärskikt applicerade de till och med sin beläggning på magnesiumlegeringar, som ofta används i flyg- och rymdtillämpningar men som lätt korroderas.
"Dessutom visar filmen enastående stabilitet i ogynnsamma miljöer och är tillräckligt tuff för att motstå friktion, värme, fuktiga förhållanden och extrema temperaturförändringar", säger Cao.
Författarna hoppas att deras beläggning kommer att användas för att förbättra rymdteleskop och optisk hårdvara som fungerar under de mest extrema förhållanden och arbetar för att ytterligare förbättra dess prestanda.
"Nu när filmen kan absorbera över 99,3 % av det inkommande synliga ljuset, hoppas vi kunna utöka dess ljusabsorptionsintervall ytterligare till att omfatta ultravioletta och infraröda områden", säger Cao.
Mer information: Robust ultrasvart film avsatt på magnesiumlegering med stor krökning genom atomskiktsavsättning, Journal of Vacuum Science &Technology A (2024). DOI:10.1116/6.0003305
Tillhandahålls av American Institute of Physics
