Ultra siyah kaplama, gelişmiş yeni nesil teleskoplar vaat ediyor

Washington, 12 Mart 2024 – Bazen net görmek tamamen siyah gerektirir. Astronomi ve hassas optikler için siyah kaplama cihazları başıboş ışığı azaltarak görüntüleri iyileştirebilir ve performansı artırabilir. En gelişmiş teleskoplar ve optik sistemler için her küçük ayrıntı önemlidir, bu nedenle üreticileri onları kapatacak en siyah siyahı ararlar.

AIP Publishing tarafından yayınlanan Vakum Bilimi ve Teknolojisi A dergisinde, Şangay Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve Çin Bilimler Akademisi'nden araştırmacılar, havacılıkta kullanılan magnezyum alaşımı için ultra ince siyah bir kaplama geliştirdiler. Kaplaması ışığın %99,3'ünü emer ve aşırı koşullarda hayatta kalacak kadar dayanıklıdır.

Uzay boşluğunda çalışan teleskoplar veya zorlu ortamlardaki optik ekipmanlar için mevcut kaplamalar genellikle yetersizdir.

Yazar Yunzhen Cao, “Dikey olarak hizalanmış karbon nanotüpler veya siyah silikon gibi mevcut siyah kaplamalar kırılganlık nedeniyle sınırlıdır” dedi. “Diğer birçok kaplama yöntemi için kaplamaların bir tüpün içine veya diğer karmaşık yapılara uygulanması da zordur. Bu, bunların optik cihazlardaki uygulamaları açısından önemlidir çünkü bunlar genellikle büyük eğriliğe veya karmaşık şekillere sahiptir.”

Bu sorunları çözmek için araştırmacılar atomik katman biriktirmeye (ALD) yöneldiler. Vakum bazlı üretim teknolojisi kullanılarak, hedef bir vakum odasına yerleştirilir ve nesnenin yüzeyine ince tabakalar halinde yapışan belirli gaz türlerine seri olarak maruz bırakılır.

Cao, “ALD yönteminin büyük bir avantajı, mükemmel adım kapsama yeteneğidir; bu, silindirler, sütunlar ve hendekler gibi çok karmaşık yüzeyler üzerinde tekdüze film kaplaması elde edebileceğimiz anlamına gelir” dedi.

Ekip, ultra siyah kaplamayı oluşturmak için alternatif alüminyum kaplı titanyum karbür (TiAlC) ve silikon nitrür (SiO2) katmanları kullandı. İki malzeme birlikte çalışarak ışığın neredeyse tamamının boyalı yüzeyden yansımasını önler.

Cao, “TiAlC emici katman görevi gördü ve yansıma önleyici yapıyı oluşturmak için SiO2 kullanıldı” dedi. “Sonuç olarak, gelen ışığın neredeyse tamamı çok katmanlı filmde tutuluyor ve etkili ışık emilimi sağlanıyor.”

Ekip, testlerde 400 nanometrelik mor ışıktan 1000 nanometrelik yakın kızılötesi ışığa kadar geniş bir ışık dalga boyu aralığında ortalama %99,3 emilim buldu. Özel bir bariyer katmanı kullanarak kaplamalarını havacılık ve uzay uygulamalarında sıklıkla kullanılan ancak kolayca paslanan magnezyum alaşımına uyguladılar.

Cao, “Ayrıca film, olumsuz ortamlarda olağanüstü stabilite gösteriyor ve sürtünmeye, ısıya, nemli koşullara ve aşırı sıcaklık değişikliklerine dayanacak kadar güçlü” dedi.

Yazarlar, kaplamalarının aşırı koşullarda çalışan uzay teleskoplarını ve optik aletleri geliştirmek için kullanılabileceğini umuyor ve performanslarını artırmak için çalışıyorlar.

Cao, “Artık film, gelen görünür ışığın %99,3'ünden fazlasını emebildiğine göre, ışık emiliminin kapsamını ultraviyole ve kızılötesi bölgeleri de kapsayacak şekilde daha da genişletmeyi umuyoruz” dedi.