Jeszcze lepsze teleskopy dzięki ultraczarnej powłoce

Rozroszone światło może uniemożliwiać obserwację słabo świecących obiektów, na przykład odległych gwiazd. Wyczernienie takich elementów jak wnętrze obudowy czy brzegi soczewek ogranicza ilość światła rozproszonego, poprawiając jakość obrazu. Im bardziej zawansowany instrument optyczny, tym większe znaczenie ma zastosowanie możliwie najczerniejszej powierzchni.

W przypadku teleskopów pracujących w próżni kosmicznej lub sprzętu optycznego stosowanego w ekstremalnych warunkach istniejące powłoki często nie wystarczają.

Naukowcy z Uniwersytetu w Szanghaju oraz Chińskiej Akademii Nauk opracowali cienkowarstwową ultraczarną powłokę do powlekania stopów magnezu stosowanych w przemyśle lotniczym. Nowa powłoka pochłania 99,3 proc. światła, a jednocześnie jest wystarczająco trwała, aby przetrwać w trudnych warunkach.

„Istniejące czarne powłoki, takie jak pionowo ustawione nanorurki węglowe lub czarny krzem, są ograniczone ze względu na kruchość – wskazał autor publikacji Yunzhen Cao. - W przypadku wielu innych metod powlekania nakładanie powłok wewnątrz rur lub na inne skomplikowane konstrukcje jest trudne. Jest to ważne ze względu na ich zastosowanie w urządzeniach optycznych, ponieważ często mają one znaczną krzywiznę lub skomplikowane kształty”.

Aby rozwiązać te problemy, naukowcy zastosowali metodę osadzania warstw atomowych (ALD). Przedmiot przeznaczony do powlekania umieszcza się w komorze próżniowej i sekwencyjnie poddaje działaniu określonych rodzajów gazu, które przylegają do powierzchni obiektu cienkimi warstwami.

„Dużą zaletą metody ALD jest jej zdolność do równomiernego pokrycia bardzo skomplikowanych powierzchni, takich jak cylindry, kolumny i rowki” – powiedział Cao.

Aby wytworzyć ultraczarną powłokę, zespół zastosował naprzemienne warstwy węglika tytanu i glinu (TiAlC) oraz azotku krzemu domieszkowanego aluminium. Obydwa materiały współpracują ze sobą, aby zapobiec odbiciu prawie całego światła od powlekanej powierzchni.

„TiAlC działał jak warstwa pochłaniająca, a azotek krzemu wykorzystano do stworzenia struktury przeciwodblaskowej – powiedział Cao. - W rezultacie prawie całe padające światło zostaje uwięzione w wielowarstwowej strukturze, co zapewnia efektywną absorpcję światła”.

Podczas testów zespół stwierdził średnią absorpcję na poziomie 99,3 proc. w szerokim zakresie długości fal światła, od fioletowego o długości fali 400 nanometrów aż do bliskiej podczerwieni o długości fali 1000 nanometrów. Stosując specjalną warstwę barierową, naukowcy nałożyli powłokę nawet na stopy magnezu, które są często stosowane w przemyśle lotniczym, ale łatwo ulegają korozji.

„Co więcej, warstwa wykazuje doskonałą stabilność w niesprzyjających warunkach i jest wystarczająco wytrzymała, aby wytrzymać tarcie, ciepło, wilgoć i ekstremalne zmiany temperatury” – powiedział Cao.

Autorzy mają nadzieję, że ich powłoka zostanie wykorzystana do ulepszenia teleskopów kosmicznych i sprzętu optycznego działającego w najbardziej ekstremalnych warunkach, i pracują nad dalszą poprawą ich parametrów.

„Teraz, gdy warstwa może absorbować ponad 99,3 proc. padającego światła widzialnego, mamy nadzieję jeszcze bardziej rozszerzyć zakres absorpcji, aby uwzględnić obszary ultrafioletu i podczerwieni” – wskazał Cao. (PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ agt/