חוקרים פיתחו חומר כהה פי עשרה מהחומר השחור ביותר שהיה מוכר עד כה
לא הכל בחיים שחור ולבן, ולפעמים גם לא כל שחור הוא בדיוק אותו שחור. לאחרונה פיתחו מדענים את החומר השחור בעולם. החומר החדש, המבוסס על ננוטכנולוגיה, הוא שחור פי עשרה מהחומר הכי שחור שהיה מוכר עד כה. הוא עשוי מרשת סבוכה של ננו-צינוריות פחמן, שהיא תצורה מיוחדת של פחמן שבה האטומים מסתדרים בגלילים ארוכים מאוד ודקים – בעובי של ננומטרים אחדים (מיליארדיות המטר).
הצבע של עצמים נובע מיחסי הגומלין שלהם עם אור שפוגע בהם, ובפרט: בליעה והחזרה. אור הוא קרינה אלקטרומגנטית שאורך הגל שלה קובע מה יהיה צבעו. לדוגמה, אורך הגל של הצבע הכחול הוא 490-450 ננומטר, וירוק הוא 560-520 ננומטר.
האור הטבעי של השמש מורכב מכל הצבעים, ונקרא לבן. הצבע שאנחנו מייחסים לפריט מסוים נובע מהאופן שבו הוא מחזיר את אורכי הגל השונים שפוגעים בו. לדוגמה צמחים נראים לנו ירוקים משום שהכלורופיל בעלים שלהם נוטה להחזיר חלק ניכר מהאור הירוק שפוגע בו ובולע חלק ניכר מאורכי הגל האחרים.
איך אנו רואים צבעים? משטח ירוק בולע את רוב הצבעים ומחזיר בעיקר ירוק | איור: Shutterstock
בניגוד לכך, חומרים לבנים מחזירים בצורה אחידה את כל אורכי הגל, ואילו חומרים שחורים הם אלה שבולעים את רוב האור שפוגע בהם. לכן מכונית שחורה נוטה להתחמם מאוד בקיץ: היא בולעת חלק ניכר מקרני השמש שפוגעות בה, ואילו מכונית לבנה מחזירה אותן. יש גם חומרים שמעבירים חלק מהאור שפוגע בהם, ואם הם מעבירים את רובו נאמר שהם שקופים – למשל זכוכית. גם התאורה והאופן שבו המוח מפרש את מה שהעיניים קולטות משפיעים על תפיסת הצבע.
במחקר שפורסם לאחרונה תיאר צמד חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) בארצות הברית את תהליך ייצורו של חומר שחור יותר מכל שחור אחר שאנו מכירים. הם טבלו יריעת אלומיניום בתמיסת מי מלח שהוסיפה לחומר חספוס עדין, כך שפני השטח התמלאו מכתשים זעירים בקוטר של 100 ננומטר. לאחר מכן אפו את היריעה בתנור בטמפרטורה של 600-400 מעלות צלזיוס, עם גזים המכילים פחמן. כך גדלו על פני השטח המחוספסים ננו-צינוריות פחמן.
החוקרים מצאו כי החומר המצופה בולע למעלה מ-99.995 אחוז מהאור הפוגע בו, כלומר הוא מחזיר פחות ממאית האחוז מהאור. החומר הכי שחור שהיה מוכר עד כה, שנקרא VANTA, מחזיר כעשירית האחוז מהאור הנראה, כך שאפשר לומר שהחומר החדש יותר שחור ממנו פי עשרה. יכולת הבליעה הרבה של האור נובעת מהשילוב של המבנה הכולל מצע מחוספס עם סבך של ננו-צינוריות, לצד התכונות האופטיות של ננו-צינוריות הפחמן עצמן.
שחור יותר מהרקע. יהלום רגיל (משמאל) ובציפוי בולע אור (מימין) | צילום: Diemut Strebe, MIT
אמנות בולעת אור
לחומר כה שחור יכולים להיות יישומים בתעשיית האנרגיה, לדוגמה כציפוי בולע אור לתחנות כוח תרמו-סולריות. בהמשך ייתכן שיוכל לייעל את עבודתם של קולטני השמש הביתיים. חומר כזה רלוונטי גם לתחומי האופטיקה, שכן יכולת הבליעה המוגברת תגדיל את הרגישות של גלאים לאותות חלשים במיוחד – למשל בחיישני תת-אדום או בגלאים שמשמשים לחקר החלל.
לחומרים שחורים במיוחד יכולים להיות יישומים גם בעולם האמנות והעיצוב. מוחנו מפענח את הצורה התלת-ממדית של עצמים על סמך החזרי האור המגיעים מהמשטחים המרכיבים אותם. כשמכסים משהו בחומר כל כך שחור, שמכל הפאות שלו החזרת האור היא אפסית, הניגודיות הזאת אובדת והחפץ מקבל מראה דו-ממדי מפתיע. לדוגמה, אמן ציפה יהלום בוהק בחומר שחור במיוחד, ובעבר ניצלו חומרים שחורים במיוחד ליצירת אפקטים חזותיים מעניינים, כמו מסכה שבמבט מלפנים נראית חסרת פנים.
