ציפוי שחור במיוחד משחרר עידן חדש לטלסקופים

ניתן ליישם ציפוי סרט דק על סגסוגות מגנזיום עבור יישומי תעופה וחלל ואופטיקה.

לפעמים, ראייה ברורה דורשת שחור מוחלט. עבור אסטרונומיה ואופטיקה מדויקת, התקני ציפוי בצבע שחור יכולים לצמצם את האור התועה, לשפר את התמונות ולהגביר את הביצועים. עבור הטלסקופים והמערכות האופטיות המתקדמות ביותר, כל מעט חשוב, אז היצרנים שלהם מחפשים את השחורים השחורים ביותר כדי לצפות אותם.

בתוך ה כתב עת למדע וטכנולוגיה ואקום א, מאת AIP Publishing, חוקרים מאוניברסיטת שנגחאי למדע וטכנולוגיה ומהאקדמיה הסינית למדעים פיתחו ציפוי סרט דק במיוחד עבור סגסוגות מגנזיום בדרגת תעופה וחלל. הציפוי שלהם סופג 99.3% מהאור תוך שהוא עמיד מספיק כדי לשרוד בתנאים קשים.

עבור טלסקופים הפועלים בוואקום של החלל, או ציוד אופטי בסביבות קיצוניות, ציפויים קיימים לרוב אינם מספיקים.

התקדמות בציפויים שחורים

"ציפויים שחורים קיימים כמו ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית או סיליקון שחור מוגבלים על ידי שבריריות", אמר המחבר Yunzhen Cao. "גם לשיטות ציפוי רבות אחרות קשה ליישם ציפויים בתוך צינור או על מבנים מסובכים אחרים. זה חשוב ליישום שלהם במכשירים אופטיים מכיוון שלעתים קרובות יש להם עקמומיות משמעותיות או צורות מורכבות."

כדי לפתור את הבעיות הללו, פנו החוקרים לתצהיר שכבה אטומית (ALD). בטכניקת ייצור זו מבוססת ואקום, המטרה ממוקמת בתא ואקום ונחשפת ברצף לסוגים ספציפיים של גז, הנדבקים לפני השטח של האובייקט בשכבות דקות.

"יתרון אחד גדול של שיטת ALD טמון ביכולת הכיסוי המדרגה המעולה שלה, מה שאומר שאנו יכולים להשיג כיסוי סרט אחיד על משטחים מורכבים מאוד, כגון צילינדרים, עמודים ותעלות", אמר קאו.

כדי ליצור ציפוי אולטרה-שחור שלהם, הצוות השתמש בשכבות מתחלפות של טיטניום קרביד (TiAlC) וסיליקון ניטריד (SiO2) המסומם באלומיניום. שני החומרים פועלים יחד כדי למנוע כמעט מכל האור להשתקף מהמשטח המצופה.

"TiAlC פעל כשכבה סופגת, ו-SiO2 שימש ליצירת מבנה אנטי השתקפות," אמר קאו. "כתוצאה מכך, כמעט כל האור הנכנס נלכד בסרט הרב-שכבתי, ומשיג קליטת אור יעילה."

יישומים ושיפורים עתידיים

בבדיקות, הצוות מצא ספיגה ממוצעת של 99.3% על פני טווח רחב של אורכי גל אור, מאור סגול ב-400 ננומטר ועד לאינפרא אדום קרוב ב-1,000 ננומטר. באמצעות שכבת מחסום מיוחדת, הם אפילו יישמו את הציפוי שלהם על סגסוגות מגנזיום, אשר משמשות לעתים קרובות ביישומי תעופה וחלל אך נלחמות בקלות.

"יתר מכך, הסרט מראה יציבות מעולה בסביבות שליליות, והוא קשיח מספיק כדי לעמוד בחיכוך, חום, תנאי לחות ושינויי טמפרטורה קיצוניים", אמר קאו.

המחברים מקווים שהציפוי שלהם ישמש לשיפור טלסקופי חלל וחומרה אופטית הפועלים בתנאים הקיצוניים ביותר ופועלים לשיפור הביצועים שלו.

"כעת, כשהסרט יכול לספוג למעלה מ-99.3% מהאור הנראה הנכנס, אנו מקווים להרחיב את טווח קליטת האור שלו עוד יותר כדי לכלול אזורי אולטרה סגול ואינפרא אדום," אמר קאו.