Dünyanın En Karanlık Malzemesi Vantablack

Bir yüzey düşünün; ışığın %99.965’ini absorbe ediyor ve yeni olan versiyonu bu orandan daha fazlasını absorbe edebiliyor ancak günümüz ışık ölçüm cihazlarının hassasiyeti yetersiz geldiği için net sayısal sonuç alınamıyor.
Vantablack, Surrey Nanosistemler şirketi tarafından geliştirilen mükemmele yakın, neredeyse hiçbir ışığın kurtulamadığı bir karanlık malzemedir. Açılımı Dikey Dizilmiş Siyah Nanotüp Serisi olup ve şu anda dünyada bilinen en karanlık malzemedir. Vantablack’i bulanlar, karanlık malzemenin düz bir hat üzerine eşit aralıklarla dizilmiş milyarlarca yüksek boy oranlı karbon nanotüplerden (CNT) oluştuğunu açıkladılar.

Karanlık malzeme fotonların ya da ışımaların, CNT’lerin arasına geçmesine izin verir. Malzemeye kesintisiz çarpan ışık veya türevlerinin yaklaşık olarak tamamı absorbe edilir ve ısıya dönüştürülür. Açığa çıkan ısı neredeyse tespit edilemeden, kısa bir süre içerisinde malzemenin altındaki yüzey malzemesine geçer ve hızlıca dağılır. Vantablack tüpleri yoğunluğu çok daha az olan bir malzeme üzerine yayılır ve ortaya çıkan ısının yalnızca %0.05’i karanlık malzemede kalır. Bunun doğrudan bir sonucu olarak, tüplerin en üst noktasına gelen ışık temasıyla ilk olarak ışık miktarı minimize edilir. Geriye kalan ise gözlemciye yeniden yansıtılır.

Bir önceki kaplama çalışması 750nm dalga boyuna sahip ışığın %99.965’ini absorbe ederken, yeni bir deneme ise çok daha fazlasını absorbe etmeyi başardı. Günümüz teknolojisindeki ışık ölçüm cihazlarının hassasiyeti yeterli gelmediği için yansıyan ışık oranı hesaplanıp sayısal bir sonuç alınamadı.

CNT’ler ile kaplanan modüller büyük ölçüde esneme kabiliyetine sahip ve bükülmeye oldukça elverişli olmaktadır. Elastik yapılı formül malzemeyi çok dayanıklı kılmakta, aşırı şok ve titreşimli ortam koşullarında bile etkin kılmaktadır. CNT’lerin alt yüzey ile bağları neredeyse kusursuz ve çok güçlü olması termal döngü, şok ve titreşimin tölere edilmesinde büyük rol oynamaktadır.Malzemenin -196°C’deki sıvı nitrojen içerisine daldırılmasından sonra direk 300°C sıcaklıktaki bir yüzeye alınmasıyla yapılan deneyde CNT’nin özelliklerinde neredeyse hiçbir değişiklik olmadığı gözlemlenmiştir. Bu yüksek dayanımının sonucu olarak dışarıya herhangi bir gaz çıkışı da olmamaktadır. Diğer siyah kaplamaların aksine Vantablack ayrıca sürpriz bir şekilde süper hidrofobik özelliğe de sahiptir. Su içerisine daldırıldığında, optik karakteristiklerinden hiç biri etkilenmemektedir.

Malzemenin yaygın kullanım alanı olarak havacılık endüstrisi görülmektedir. Vantablack sadece görünür ışığı değil IR spektrumumda neredeyse bütün ışığı absorbe edebilmektedir. Kusursuz bağ kurma, kolay uygulanabilme gibi özelliklerinin alüminyum alaşımlar ile birleştirilmesi, uzay araçları ve cihazlar için oldukça kullanışlı olacaktır. Malzeme şu anda birçok uzay fırlatma araçlarına uygulanmakta ve daha da geliştirilmesi için çalışmalar devam etmektedir.

VANTABLACK TAM OLARAK NEDİR?
Boya, kumaş ya da pigment olmayan Vantablack, milyonlarca karbon nanotüp kullanılarak yapılan özel ve farklı bir kaplama çeşidi. Her biri 20 nanometre kalınlığında olan karbon nanotüpler, yaklaşık 14-50 mikron uzunluğunda yani bir saç telinin çapından 3 bin 500 kat daha küçük. (1 nanometre = milimetrenin milyonda biri. 1 mikron = milimetrenin binde biri). 1 santimetrekare alana 1 milyar tane karbon nanotüp sıkıştırılabiliyor.
Işık, Vantablack’ın üzerine geldiğinde nanotüplerin aralarındaki boşluklara giriyor ve buradan çıkamıyor. Neredeyse hiçbir yansımanın olmaması nedeniyle kusursuz bir siyah yüzey elde edilebiliyor. Bu etkiyi daha iyi anlamak için bir ormanda, klasik 10-20 metrelik ağaçlar yerine 3 kilometre uzunlukta ağaçların altında yürüdüğünüzü hayal edin. Zemine, yani size ne kadar az ışık ulaşacağını bu şekilde daha iyi anlayabilirsiniz.

Vantablack materyali oluşturan karbon nano tüplerin mikroskobik yapısı.

Materyalin üzerine düşen ışık, karbon nano tüp ormanına girdikten sonra bir daha neredeyse asla yansıyıp dışarı çıkamıyor. Dolayısıyla bu maddenin ne dokusunu ne de şeklini gözlerinizle algılayamıyorsunuz. Aslında asla çıkamıyor demek yanlış. Tam olarak görünür ışığın yüzde 0.035’ini geri yansıtıyor. Yani ışığın geri kalan yüzde 99.935’lik kısmı ısıya dönüşerek hapsoluyor ve materyalin boşluk gibi görünmesine sebep oluyor.

Bu madde o kadar karanlık ki, gözlerimiz ve beynimiz bu veriyi işlemekte başarısız oluyor. Şöyle ki, bir odanın tavanından duvarına her yerini vantablack materyalle kapladığımızı düşünelim. Bir arkadaşınızla bu odanın ortasında duruyorsunuz ve tavandan bir lamba sarkıyor.

Arkadaşınız lambanın saçtığı ışıkları gözünüze geri yansıtacağı için onu görebilirsiniz. Fakat duvarlara baktığınızda ne odanın hacmini ne de şeklini anlayabilirsiniz. Açıkçası yere bakmanızı önermem. Böyle bir odada kendinizi boşlukta hissedersiniz ve yere bakınca muhtemelen dengeniz beklemediğiniz ölçüde şaşacaktır.

Bu materyal ne işimize yarayacak peki? Göremediğimiz algılayamadığımız birşeyi nasıl kullanabiliriz?

Bu tamamen sizin hayal gücünüze kalmış. Anish Kapoor gibi pek çok sanatçı bu materyalle ilgilenmeye başladı bile. Bu materyaller ise “tamamen siyah” elbiseler tasarlanabilecek ve bunun büyük bir pazar payı olacağı düşünülüyor. Mimarlar da yeni yapı dizaynları için bu materyalin vaadlerinden etkilenmiş gözüküyor.

Bunun dışında soluk ve uzak galaksilerin, yıldızların gözlenmesinde teleskoplar için mükemmel bir kaplama olabilir. Sadece görülebilir ışıkta değil kızılötesinde de gözlem yapılmasını kolaylaştırabilir. Ve tabii bir de bilimin karanlık yüzü “Askeri Uygulamalar” mutlaka olacaktır.