Inspiracja przyszła z lasów deszczowych
Klucz do rozwiązania zagadki ultraczerni badacze znaleźli w przyrodzie. Przyjrzeli się upierzeniu ptaka zamieszkującego Nową Gwineę i Australię. Jego pióra o aksamitnej czerni pochłaniają niemal całe światło dzięki połączeniu melaniny i mikroskopijnej struktury. Naukowców irytował jednak jeden szczegół: efekt znikał, gdy na pióra patrzono pod kątem. Postawili oni sobie za cel stworzenie materiału pozbawionego tej wady. Prace w Responsive Apparel Design Lab zaowocowały publikacją w Nature Communications, a opisany w niej proces produkcji jest imponujący w swojej prostocie, choć wymaga zaawansowanego sprzętu.
Czytaj też: Naukowcy złapali światło w pułapkę i stworzyli nową klasę materiałów. Gyromorfy odmienią świat technologii
Podstawą jest biała dzianina z wełny merynosów, którą najpierw barwi się polidopaminą, czyli syntetycznym odpowiednikiem naturalnego pigmentu. Prawdziwa magia dzieje się jednak później, gdy materiał trafia do komory plazmowej. Obróbka w niej powoduje, iż na powierzchni włókien wyrastają mikroskopijne, kolczaste struktury zwane nanofibrylami. Działają jak labirynt dla fotonów, które odbijają się w nich w nieskończoność, tracąc energię i nie mając szans na ucieczkę. Światło w zasadzie odbija się tam i z powrotem między fibrylami, zamiast odbijać się na zewnątrz – to właśnie tworzy efekt ultraczerni. Dzięki tej architekturze tkanina zachowuje swoje niesamowite właściwości w szerokim zakresie kątów – aż do 60 stopni od patrzenia prostopadle, co daje łącznie 120 stopni pola widzenia.
Praktyczny test w postaci sukienki
Żeby sprawdzić materiał w akcji, studentka Zoe Alvarez stworzyła sukienkę, w której tkanina stopniowo przechodziła w ultraczerń, okalając niebiesko-zielony akcent nawiązujący do ptasiego pierwowzoru. Efekt był porażający, gdyż nawet radykalna manipulacja ustawieniami obrazu w komputerze nie była w stanie „ożywić” czarnego fragmentu; pozostawał on głęboką, pozbawioną szczegółów pustką. To doświadczenie pokazuje potencjał w modzie, choć Larissa Shepherd, szefowa RAD Lab, widzi zastosowania w znacznie poważniejszych dziedzinach. Wymienia między innymi wnętrza aparatów fotograficznych i teleskopów, gdzie materiał mógłby eliminować niepożądane odbicia światła. Inne pomysły to panele słoneczne dla zwiększenia wydajności czy zaawansowany kamuflaż termoregulacyjny dla wojska. Zespół zgłosił już wniosek patentowy i rozważa założenie firmy spin-off, a technologia działa również na innych naturalnych włóknach, jak bawełna czy jedwab.
Z drugiej strony, chociaż tkanina z Cornell jest rekordzistką w swojej kategorii materiałów tekstylnych, to nie jest najczarniejszą substancją na Ziemi. Sławny Vantablack pochłania nieco więcej światła, bo 99,96%, a niektóre struktury z nanorurek węglowych osiągają nawet 99,995%. Przewagą wynalazku z Cornell jest jego praktyczność. Vantablack jest drogi, kruchy i nieprzepuszczalny. Nowa tkanina jest oddychająca, stosunkowo tania w produkcji i – co kluczowe – wytrzymała. Testy wykazały, iż nie traci swoich właściwości po praniu oraz intensywnym użytkowaniu. To właśnie może być jej główny atut w drodze do komercjalizacji. Perspektywy są obiecujące, a naukowcy są optymistami i wskazują na realne zastosowania. Możemy sobie wyobrażać specjalistyczne ubrania, osłony obiektywów czy elementy wyposażenia wojskowego, choć ostatecznie o sukcesie zadecyduje ekonomia produkcji i skala, na jaką uda się ją wdrożyć.