Ультрачорне покриття відкриває нову еру для телескопів

Тонкоплівкове покриття можна наносити на магнієві сплави для аерокосмічного та оптичного застосування. Іноді для чіткого бачення потрібен повний чорний колір. Для астрономії та точної оптики пристрої з нанесенням чорної фарби можуть зменшити розсіяне світло, покращуючи зображення та підвищуючи продуктивність. Для найдосконаліших телескопів і оптичних систем кожна дрібниця має значення, тому їх виробники шукають найчорніші чорні кольори для їх покриття.

У Journal of Vacuum Science&Technology A, видавництві AIP Publishing, дослідники з Шанхайського науково-технічного університету та Китайської академії наук розробили ультрачорне тонкоплівкове покриття для магнієвих сплавів аерокосмічного класу. Їхнє покриття поглинає 99,3% світла, водночас досить міцне, щоб вижити в суворих умовах. Для телескопів, що працюють у космічному вакуумі, або оптичного обладнання в екстремальних умовах існуючих покриттів часто недостатньо.

Удосконалення чорних покриттів

«Існуючі чорні покриття, такі як вертикально розташовані вуглецеві нанотрубки або чорний кремній, обмежені крихкістю», — сказав автор Юньчжень Цао. «Для багатьох інших методів покриття також важко наносити покриття всередині труби або на інші складні конструкції. Це важливо для їх застосування в оптичних пристроях, оскільки вони часто мають значну кривизну або складну форму».

Щоб вирішити ці проблеми, дослідники звернулися до атомно-шарового осадження (ALD). За допомогою цієї технології виготовлення на основі вакууму мішень поміщається у вакуумну камеру та послідовно піддається впливу певних типів газу, який прилипає до поверхні об’єкта тонкими шарами.

«Одна велика перевага методу ALD полягає в його чудовій здатності до ступінчастого покриття, що означає, що ми можемо отримати рівномірне покриття плівки на дуже складних поверхнях, таких як циліндри, колони та траншеї», — сказав Као.

Щоб зробити ультрачорне покриття, команда використовувала чергування шарів легованого алюмінієм карбіду титану (TiAlC) і нітриду кремнію (SiO2). Ці два матеріали працюють разом, запобігаючи відбиванню майже всього світла від покритої поверхні.

«TiAlC виконував роль поглинаючого шару, а SiO2 використовувався для створення антиблікової структури», — сказав Као. «В результаті майже все падаюче світло потрапляє в багатошарову плівку, досягаючи ефективного поглинання світла».

Майбутні програми та вдосконалення

Під час тестів команда виявила середнє поглинання 99,3% у широкому діапазоні довжин світлових хвиль, від фіолетового світла на 400 нанометрів до ближнього інфрачервоного на 1000 нанометрів. Використовуючи спеціальний бар’єрний шар, вони навіть нанесли покриття на магнієві сплави, які часто використовуються в аерокосмічній галузі, але легко піддаються корозії.

«Щобільше, плівка демонструє чудову стабільність у несприятливих умовах і достатньо міцна, щоб витримувати тертя, спеку, вологість і екстремальні зміни температури», — сказав Цао.

Автори сподіваються, що їх покриття буде використано для покращення роботи космічних телескопів і оптичного обладнання, що працює в найекстремальніших умовах, і працюють над подальшим покращенням його продуктивності.

«Тепер, коли плівка може поглинати понад 99,3% вхідного видимого світла, ми сподіваємося ще більше розширити її діапазон поглинання світла, включивши в нього ультрафіолетові та інфрачервоні області», — сказав Цао.