超黑色表面材料有哪些功能

这是韩国“现代展馆”的抛面墙，它黑到连三维立体结构都消失了，即使打开墙上的灯光也很难看到有墙的存在，反而像星罗棋布的宇宙，让人有漫步太空的感觉。

我们知道除了黑洞，地球上任何物质都会反射光线，只是强弱程度不一样，但只要有光照着基本都能用肉眼看个大概，难道这面墙就跟黑洞一样能吞噬光芒吗？

黑洞是宇宙中一种引力非常强大的天体，它能吞噬掉包括光以内的所有物质，由于既不会发光也不会反射光，所以黑洞周围都是漆黑的一片，故而称之为黑洞。

黑洞是恒星演化的最后阶段，它的形成条件十分苛刻，就算太阳也因为质量太小而不能演变成黑洞，它在生命尽头会先变成红巨星，红巨星会吞噬掉地球在内的大部分星球，然后在引力的作用下开始向内部坍缩，由于质量小引力也小，最后只能缩小成白矮星。

太阳的寿命起码还有几十亿年，或许那时候的人类早已消亡，也或许 科技 发达到可以让地球逃离太阳系，所以用不着担心世界末日的问题。

虽然地球上不可能存在黑洞，但是科学家可以研发新材料，吸光效果可以无限接近黑洞，韩国现代展馆黑墙也是因为涂上了一种吸光材料，这种材料是由英国萨里纳米系统公司研制

英文名缩写为Vantablack，翻译过来就叫梵塔黑，意为垂直排列碳纳米管阵列。

梵塔黑在问世之初号称地球上最黑的物质，在宇宙中是最接近黑洞的存在，如果用它来制作一件衣服，穿上这件衣服的人可能会被当做怪物。因为只能看得见脑袋和四肢，身体则是一片漆黑的空洞，连身体轮廓都看不出来。

夏天穿黑色衣服站在阳光下会明显感觉更热，穿白色的衣服就会凉快许多，这是因为颜色越深的物体，其吸光的能力就越强。

光其实是高速运动的光子，它们的速度达到30万公里每秒，一旦照射到物体上势必会和粒子发生碰撞和反射，只有部分光子会被转化成热量吸收掉，除非在光线比较暗的地方黑色物体就不容易被发现。

梵塔黑同样也会反射光线，只不过它的表面采用了碳纳米管结构，这些碳纳米管直径只有头发的万分之一，如果用把它放在显微镜下观察，会发现其表面有无数垂直的黑色管道，这些细小的碳管可以改变光线的反射路径。

当光线射入这些管道后，碳纳米管会先吸收绝大部分光线，剩下的光经过无数次折射后，逐渐碳纳米管转化成热量吸收，只有极少光线能反射出去。

原理看起来还挺简单的，举一个简单的例子，把一盆水快速倒在水泥地上百分百会溅起水花，如果把水泥地换成草丛，只会溅起细小的水珠。而且碳纳米管还有着超高的热导率，它吸收光线就如同海绵吸水一样。

所以梵塔黑仅能反射0.35%的光线，达到肉眼无法观察的地步，在2014年的时候登上了世界最黑的吉尼斯纪录，不过这一纪录在2019年就被麻省理工学院的团队打破。

该团队的布莱恩·沃尔德教授宣传，他们创造出比梵塔黑还要黑上10倍的材料，这种材料也是由碳纳米管制成，只是碳纳米管直径只有头发丝的五万分之一，所以只能反射0.005%的光，一举成为有史以来最黑的材料。

布莱恩教授在一开始并没有想到用碳纳米管来制作极黑材料，碳纳米管除了导热性优异还具有良好的力学性能，其密度只有钢的1/6，但是抗拉强度是钢的100倍，并且硬度和金刚石相当。

若将其他工程材料与碳纳米管制成复合材料，可表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性，给复合材料的性能带来极大的改善。

俄罗斯科学家曾把碳纳米管复合材料置于1011Mpa的水压下，这相当于深海1万米的压强，复合碳纳米管被巨大的压力压扁，撤去压力后瞬间恢复原状，这种良好的韧性是做弹簧的绝佳材料。

另外，碳纳米管的电导率是铜的一万倍，布莱恩教授原计划在铝的表面生长碳纳米管，以提高它的导电性能和热学性能，但铝在空气中会形成氧化物薄膜，非常耐腐蚀。

而且氧化物一般都有绝缘的作用，会降低铝的导电率和导热性，所以得用氯离子侵蚀铝的表面，这种蚀刻技术在金属工艺中十分常见。

由于氯离子半径小、穿透能力强，故它最容易穿透氧化膜内极小的孔隙，到达铝金属表面并与其形成可溶性化合物，使氧化膜的结构发生变化，慢慢将其腐蚀掉，最后将蚀刻完成的铝放入微波炉中加热，再通过化学气相沉积来生长碳纳米管。

这种方法也叫碳氢气体热解法，气态烃在1000度高温下会分解生成碳纳米管，然后在催化剂微粒的作用下附着于铝箔上。

布莱恩教授最后发现，碳纳米管和铝箔的结合达到了预期实验目的，复合材料的导热和导电性能显著提高。但最让人吃惊的是这种材料黑到让人不敢置信，于是又进行了光学反射率测试。

测试结果表明，该材料从各个角度都可以吸收99.995%的入射光，是目前宇宙中仅次于黑洞的存在。不论其表面是凹凸不平，或者有其它形态特征，都无法被肉眼看到，眼前仅仅是一片虚无的暗黑。

布莱恩教授及其团队已经为这项技术申请了专利，但他们计划让艺术家们免费使用，来进行非商业性的艺术创作。有一位土豪把一颗价值200万美元的钻石，涂满了铝碳纳米管材料，让原本闪亮璀璨的钻石，呈现出完全相反的状态，黑到消失不见，它被命名为“虚荣的救赎”，在纽约证券交易所中展览。

宝马也曾用梵塔黑作为涂漆，专门设计了一款X6 SUV 汽车 用作展示，这台车无论在晚上还是在白天，不管你用多强的灯光去照射它，它看起来也是几乎一样黑。若不是车窗、车灯等部件尚有一些光泽，你甚至会觉得这台车是画在墙上的，因为你完全看不出它的表面棱角和线条。

这还是设计师手下留情，为它保留了1%的光反射率，才让 汽车 的轮廓能勉强被看见，以免它看起来和一张纸差不多，这也恰到好处的让这台车从外观上看起来奢华内涵，充满神秘感和尊贵感。

不过这台车没法行驶上道，因为受限于技术限制，梵塔黑作为涂料容易脱落，这要是掉漆了都没办法补漆，而且有网友调侃道，估计这车漆比车还贵，买来只能放着观赏。

那么这种超黑材料，除了带给视觉上的极致效果，到底有啥实际用途呢？

诺奖得主的天体物理学家约翰·马瑟表示，这种超黑材料可以提高光学仪器的灵敏度，它能消除航天望远镜镜头的干扰光。

比如美国正在开发的红外空间望远镜，它的主要任务是对红外天空进行宽场成像和调查，解决暗能量和红外天体物理学领域的基本问题。

但这类太空光学仪器必须摆脱不必要的眩光，因此要设计一个“遮星伞”来遮挡太空的杂光，而且还要承受火箭发射产生的高温，铝箔碳纳米管超强的吸光率和耐高温，无疑是制造遮星伞的最佳基础材料。

由于铝箔碳纳米管不能反射光线，它可以隐藏高低起伏的物体轮廓，是一种理想的伪装涂层材料，因此在军事武器领域有很大的应用空间。日本就在2020年推出一款吸光率达99.4%的黑色颜料，它可以轻松实现物品平面化、架空、磨砂、甚至是隐身。

其次它还有优异的导电性能和热传导性能，以及高效吸收光子的作用，所以铝箔碳纳米管可应用于散热系统、电力传输、以及光伏电新能源领域。

不过不管是梵塔黑还是铝箔碳纳米管，由于制备难度太大，目前无法走出实验室，更不能大规模量产投入使用。

最后总结一下，碳纳米管极致黑材料，在目前来说还存在制备难度大、生产成本高的问题，无法快速推广、应用到相关行业。但它确实有着广袤的应用前景，值得科学家去做进一步的研究。

就如同蒸汽机刚被发明的时候，它造价昂贵不说，产生的效益还赶不上人工劳作，但是瓦特改良蒸汽机后，人类 社会 迅速进入工业文明。

说不定有一天 科技 更加进步之后，人类也可以用“黑色”去改变世界。

因为吞噬光源的黑色材料会把光吞噬，不会造成反光，所以肉眼是看不清的。在微观世界里，这些肉眼不可见的碳纳米管垂直排列，好比模糊的小树林，然后它们在氯蚀刻铝箔表面生长。

超级黑材料非常有价值，能够很好地吸收光线，比之前任何超级黑都要黑10倍以上，跟宇宙中黑洞很接近。说起它的价值，可用于观赏艺术品，还能应用在光学和空间科学中，比如可以通过黑材料来滤除阻挡望远镜头内的杂散光，从而提高太空望远镜的清晰度，让人类看得更远。

超黑材料其他情况简介。

世界上最好的黑色吸光材料就是世界上最黑的涂料-碳纳米管黑体，是由英国纳米公司SurreyNanoSystems研发的，它虽然几乎可以称得上是世界上最黑的材料了，它能够吸收至少99.965%的光线，可以说是目前已知物质中除了黑洞外的宇宙最黑物质了。

黑，可选红黄

兰等量调到一

起就是黑，这

在美术画画都

这么调，要是

光的话红黄兰

合在一起就是

白光，神奇吧。

地球上最黑的物质是什么？

黑色之所以呈现出黑色，是因为它可以吸收不同光线的颜色，而且吸收的越多，黑色的颜色就越深。那你知道地球上最黑的物质是什么吗？

在英国，有一家公司曾经研发出来了一种材料繁塔黑，号称是最黑的物质。常见的黑色颜料仅能吸收95%-98%的光线，而他却能够吸收99.96%的可见光，将号称能够穿过所有物体的激光对着它照射，也会瞬间消失不见了。这也都是源于他错落排列的碳纳米管结构。这些纳米馆比人的头发细1万倍，仅一立方厘米就有10亿个。在照射后，光线会在纳米管内不断的折射，就像掉入黑洞一样被困在里面无法出来，直到光能完全消耗掉。

不过目前繁塔黑已经不是最黑的物质了。2019年，麻省理工学院的教授布莱恩沃德尔研制出了比繁塔黑还要黑的材料，它由垂直排列的碳纳米管制成，可吸收99.995%的光线，几乎接近于黑洞，能反射出来的光线比烦他黑还要少十倍。将这种材料涂在任何物体上，都能将三维立体变成二维平面的感觉。

科学家在一颗16.78克拉的钻石上涂上这种新材料，令人眼花缭乱的宝石瞬间就消失不见了。有一个实验，选择两个完全一样的雕塑，左边图上一般涂料，右边图上新型涂料。可以清晰的看到左边雕塑的轮廓依然明晰，而右边却像是一张黑纸，形状和轮廓都消失了。那科学家制造这样一种材料到底有什么用呢？

其实它有很多用途，将它用在天文望远镜、相机以及红外线扫描系统的光学传感器上，可以有效的避免散光，提高光学仪器的灵敏度。而且这种材料的导热效率为铜的七倍，坚固程度为钢的十倍，还有潜力应用于航天和军事领域。

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3，多乐士的加香防裂墙面漆，采用超滤技术，使薄膜更具收缩性，可防止和修复细小裂缝。使用创新，清洁品尝技术过滤有害物质，使空气更清新，更安全，更尊重环境。

1.购买多乐士涂料时，应阅读施工说明书，说明涂料的使用是否应与其他涂料配合使用。

2.寻找实用性。购买油漆时，一定要注意其环保性和实用性。如果下层涂料产生有毒气体，对人体的伤害就会很大。

如果有十环环境标志的产品一般自身不带甲醛。如果没有调颜色一般不含重金属。所以购买时要让商家出示对应产品的检测报告对比数据就行了。货比三家看哪家的数据低就哪家更环保。

通过十环的涂料厂有很多：上海：三银、经典、长春滕、欧龙、亚士等等。广东：华润、嘉宝莉、美涂士、巴德士等等。

一般来说，环保的涂料肯定是水性涂料。因为涂料所造成的装修污染主要来自于其挥发出的污染性气体，而水性涂料中含有重金属化合物、VOC的含量相对较少，也不如油溶性涂料易挥发，所以一般的家庭可以放心使用如立邦、多乐士的环保涂料。

不过现在的涂料市场参差不齐，很多涂料虽然符合国家标准，但其实还是含有少量的挥发性有机物，比如挥发性VOC含量的国标是200g/L，那么很多环保涂料的检测数值也就刚好不超过这个。那么在装修的房间中，这些少量的污染物容易与其他建材所释放出的甲醛等有毒物产生叠加效应。同样造成装修污染

如果对家居环境要求比较高的话。建议使用硅藻泥的涂料，这种涂料现在在日本等国家十分流行，采用硅藻土为原材料，具有很强的吸附性，能吸收分解空气中的装修污染物，还能调节湿度。在国内比较有名的有硅藻星等品牌，不过就是价格不菲，可以去咨询一下

在铝合金产品应用中，黑色是一种重要的常见色调。它不仅可作大方典雅的表面装饰色，还是铝合金制备吸热材料、光学材料和零部件时必不可少的颜色。

铝合金着黑色有较大的市场需求。目前铝合金着黑色多采用传统的电解着色和硬质阳极氧化着色法，耗电量大，需专用设备及工夹具，不适用于超小型工件及结构复杂的工件。采用一种化学氧化着黑色的新技术，通过两步氧化着色，得到了结合力好、耐蚀性强、颜色鲜艳美观的铝合金黑色氧化膜。

实验部分

1实验过程

铝合金两步法氧化发黑工艺流程：

工件→化学脱脂→碱蚀→酸蚀出光→化学氧化→发黑→封闭→干燥→成品

1.1前处理

(1)化学脱脂

用60～65℃碱性化学脱脂液处理工件约2 min，除去工件表面的油污，以保证碱蚀均匀，防止工件产生花斑。其脱脂液配方如下：

NaOH5～6 S/L

Na2CO320～25 g/L

Na3PO4·12H2O10～15 g/L

表面活性剂1 g/L

(2)碱蚀

在60℃的NaOH(ρ(NaOH)=40～50g/L)溶液中碱蚀l～2min，以除去工件表面残存的自然氧化膜及变质合金层，并调整基体表面，使之均匀一致。为了减少腐蚀过程中沉淀的氧化铝絮凝物，可采用柠檬酸铵(ρ=10g/L)作为螯合剂。

(3)酸蚀出光

用H2SO4和HNO3体积浓度分别为15～20 mL/L、3～5 mL/L的酸蚀液中和残留碱，同时溶去挂灰附着物，使工件露出光洁的活性表面。

2.1.2氧化着色

氧化着色分两步，第1步采用传统的铬酸盐氧化工艺，对经前处理的工件及时进行化学氧化，以免再次污染或生成新的自然氧化膜，其工艺规范如下：

Na2CrO418 g/L

Na2CO45 g/L

NaOH4g/L

Na3PO48g/L

θ60～70℃

t10 min

经该步处理，可得到耐蚀性基本达标的氧化膜。

第2步为对经氧化处理的工件着黑色。该步工艺配方采用某过渡金属化合物A为着色剂，KMnO4为氧化剂，NiSO4为催化剂，并加HNO3调节pH值为5左右。工件在80～90℃处理约8min即可。

2.1.3封闭

可采用水解盐法进行封闭，在已形成的发黑膜孔隙中产生氢氧化物沉淀，将微孔堵塞。经封闭可进一步提高耐蚀性，增加光泽度。水解盐法封闭工艺规范如下：

NiSO4 4～5 9/L

NaAc·3H2O4～6g/L

CoSO4·7H2O0.5～0.8g/L

H3BO34～5 9/L

pH值4～6

θ80～85 ℃

t15～20 min

2.2膜层主要性能评价指标

因采用两步氧化成膜，该配方在较大试验范围内均可得到耐蚀性好的氧化膜，故确定正交评分及检验标准时着重选用了膜层色度、均匀度、附着力三个指标(见表1)。表中，均匀度由显微镜(100目)观察，用同样面积内膜上小坑或突起的多少计分；附着力以脱脂棉力度均匀地擦拭膜表面至露基底的次数计分。综合评分z由公式计算。

3结果与讨论

3.1各因素对着色效果的影响

经初步试验，选取了影响着黑色效果的4个主要因素：着色剂A质量浓度，KMnO4质量浓度，着色温度，着色时间。采用L9(34)正交表进行正交试验优选，并固定NiSO4质量浓度为2 g/L，各配方均用HNO3)调节pH值为5。

以正交试验的结果作极差分析，绘制极差分析图。由图可知，着色剂A用量对色度及附着力均有较大影响，用量大有利于提高膜层整体性能；KMnO4浓度有一最佳值，用量过高膜层各项指标反而有所下降；着色温度可在一较大范围内波动，易于操作控制。

3.2最佳工艺条件

根据正交试验极差分析结果，综合进行单因素试验的结果，得到了最佳工艺条件。

着色剂A16～18g/L

KMnO48～10 g/L

NiSo42g/L

θ80～85 ℃

pH值4.5～5

t8～10 min

3.3氧化层测试结果

以最佳工艺条件处理铝合金表面，得到了黑色鲜艳、附着力强、平整、光洁、均匀致密的黑色氧化膜，且表面无挂灰。

由膜层表面电镜照片分析可知，其表面明显为具有高耐蚀性的非晶型结构，膜层均匀致密；由侧面电镜照片可知该膜层非常均匀，两层氧化膜结合良好。

由电子能谱分析可知膜层主要成分为Al2O3、MnO2、NiO及另一关键着色成分，质量分数分别为25%、44.5%、13.5%、17%。

对本试验获得的着色工件采用锉刀法评价其结合力，用扁锉呈45。由基体金属向镀层方向锉镀层的边棱，镀层未见揭起或脱落。

4结论

利用该铝合金化学发黑新技术对经碱性铬酸盐氧化液处理后的铝合金化学着色，得到了颜色鲜艳、结合力好、耐蚀性强、有很好的装饰及防蚀效果的黑色氧化膜。且该法耗电量低，设备简单，投资小，操作简便，便于批量生产，尤其适用于形状复杂的铝合金工件表面着黑色，具有较好的应用前景。