מדענים באוניברסיטת רייס יצרו את החומר השחור ביותר שנוצר ע"י האדם, מארג של ננו שפופרות העשויות פחמן, ומחזירות רק 0.045 אחוז מהאור בחזרה. פי ארבע מהיכולת של החומר השחור ביותר שנוצר עד כה, ופי 100 מצבע על מכונית קורבט שחורה
פחמן טהור הוא אחד החומרים השחורים ביותר בטבע אך על מנת "להשחיר" אותו עוד יותר המדענים יצרו מארג שפופרות ננו באורך מיליארדית המטר העשויות אטומי פחמן בלבד ומסודרות באופן מאונך. החספוס שנוצר בעקבות כך על גבי המשטח נועד לצמצם את החזרת האור.
המחקר פורסם שבוע שעבר בכתב העת, Nano Letters.
פרופסור פוליקל מ. אג'ייאן מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת רייס, יוסטון, טקסס ומוביל המחקר, מסר שהנתונים הסופיים היו יותר דרמטיים ממה שציפו.
לקח יותר משנה לבצע את הניסויים העדינים ולהוכיח שרק חלק קטן מהאור מוחזר ממשטח שפופרות הננו, אומר אג'ייאן,
עוד הוא מסר, כי כעת הצוות שלח בקשה להיכנס לספר שיאיי גינס על התגלית. השיא הקודם הוענק למעבדה הפיזיקלית הלאומית של לונדון שמדעניה יצרו בשנת 2003 משטח סגסוגת העשוי ניקל וזרחן ועליו מכתשים קטנים. החומר החזיר 0.16 אחוז מהאור. החומר החדש יעיל פי 4 ומחזיר רק 0.045 מהאור המוקרן עליו.
התיאוריה שמאחורי
לפי ויקיפדיה גוף שחור הוא גוף הבולע באופן מושלם קרינה אלקטרומגנטית בכל אורכי הגל (לרבות אור). כל קרינה הפוגעת בגוף איננה עוברת דרכו או מוחזרת ממנו, אלא נבלעת בו. בליעה זו גורמת לשינוי בטמפרטורה של הגוף השחור. ובקיצור- כל האור שמוקרן עליו נבלע בגוף השחור בצורה מושלמת ומומר מאור לאנרגיית חום. במציאות לא קיים גוף כזה.
התיאוריות מציעות ששפופרות-נאנו עשויות ליצור אובייקט סופר-שחור מאחר וניתן לשלוט על מימדי השפופרות במארג, והמומחים רק מתחילים להעמיד טענות אלו במבחן.
לחומר החדש שיצרו החוקרים יש מספר יישומים פוטנציאלים חשובים. תכונתו של החומר לספוג אור ולהמירו לחום יכולה להיות שימושית בפאנלים סולריים והעובדה שהוא אינו מפזר אור, היא יתרון גדול עבור תעשיית הטלסקופים. שימושים נוספים עשויים לבוא לידי ביטוי בתחום האלקטרוניקה.
מקורות
19 תגובות
העיקר שמתעסקים בדברים חשובים באמת
בקיצור, כשאומרים שהחיים הם שחור ולבן, אז גם השחור הוא עניין יחסי לחלוטין. יש שחור ויש שחור
חה חה חה
עמי,
יש להבחין בין חור שחור לגוף שחור. אלו 2 מושגים שאמנם דומים תחבירית אך מדברים על תופעות אחרות בטבע.
חור שחור הינו נקודה סינגולרית במרחב. החורים השחורים שנמצאים ביקום אינם בולעים את כל הנקרה בדרכם משום שהם שחורים. אלא משום שהם עיקום של המרחב זמן שמתכנס אל עצמו בצפיפות אינסופית.
גוף שחור מושלם זה נושא הכתבה. כמובן שזה מושא תיאורטי שעדין לא הגיעו אליו, אך על בסיס התאוריה הזו מבססים את הניסויים.
ליעל פטר – אני לא חושב שאני מערב מין שאינו מינו.
ראשית, בהתיחס לכתבה זו הרי שמדובר בגוף שחור שבולע ביעילות רבה את האור הנראה. הגוף הנ"ל לא בולע קרני X למשל. כך שלגופו של עניין ההערה במקומה.
בעניין קרינת הוקינג – אני מכיר גם כן את ההסבר שניתן בטוקבק של מיכאל. הרעיון שניסיתי להעביר הוא רעיון של גוף שחור מהסוג התאורתי שבאמת בולע כל דבר שנופל לתוכו מבלי להחזיר שום דבר בחזרה. כך מסתבר (באופן היפותטי) שאפילו לגוף השחור – הכי שחור שיש מבחינה ספקטראלית – גם ממנו יש דבר מה שיכול לברוח.
"גוף שחור מושלם" כפי שהתבטאת הוא גוף שיבלע את כל סוגי הקרינה ויפלוט חום (ביחס של סיגמה T ברביעית). לא לגוף כזה מתיחסת הכתבה.
בברכת חברים,
עמי בכר
ה B-2 המפורסם מפסיק להיות חמקן כשיורד גשם. מה שבוודאות מקטין את אפקט ההרתעה שלו מעל אזורים מרובי משקעים.
שתי הערות:
1. ההסבר המקובל לקרינת הוקינג (שהיא – יש להזכיר – קרינה שטרם נצפתה ושהצורך בקיומה נחזה על ידי יעקב בקנשטיין ואת המנגנון ליצירתה הציע הוקינג) הוא שעל גבול אופק הארועים של החור השחור (מחוץ לו) מפרידים כוחות הגיאות בין חלקיק ואנטי חלקיק הנוצרים ממילא בריק בשל אפקט אי הוודאות (ואשר בתנאים רגילים מאיינים זה את זה כהרף עין), כאשר אחד מבני הזוג נופל לחור השחור ואילו בן הזוג השני הוא הקרינה.
התופעה של מנהור עליה דברה יעל פטר היא תופעה אחרת שאינה קשורה בחורים שחורים. יש לזכור שחלקיק הנכנס לחור שחור כלל לא נשאר סמוך לאופק האירועים – הוא ממשיך ייפול לעבר הסינגולריות שבמרכז החור. מה שנהוג לכנות "גודלו" של החור השחור אינו דומה למה שאנחנו מכנים "גודל" בכוכב רגיל. הרדיוס של החור אינו מציין את המקום הרחוק ביותר מן המרכז שבו נמצא חומר (כמו בכוכב רגיל) אלא את המקום ממנו כלום (כולל קרינה) לא יכול לצאת. סמוך לצידה הפנימי של ה"מעטפת" המוגדרת על ידי רדיוס זה ומכונה "אופק האירועים" כלל אין חומר.
2. לדעתי, אם אי פעם ירצו להשתמש בחומר "שחור משחור" זה במטוסים חמקניים זה יהיה רק כדי להפוך אותם לתנורי אפייה.
עמי בכר,
אתה מערב מין שאינו במינו.
1) גוף שחור מושלם זהו ביטוי שמציין אידאל תיאורטי בפיזיקה, אשר קולט את כל הקרינה האלקטרומגנטית המוקרנת עליו (כל אורכי הגל). הוא מתחמם ובעקבות כך נפלטת ממנו קרינה התלויה אך ורק בטמפרטורה שלו ולא בקרינה שהוחדרה אליו (מלבד העובדה שהקרינה ההתחלתית היא זו שחיממה את הגוף).
קרינת גוף שחור (ויקיפדיה)
2) קרינת הוקינג- הקרינה שיוצאת מחורים שחורים נובעת מתופעות קוונטיות. באופק הארועים על גבול החור השחור ישנה הסתברות לחלקיק קוונט להמצא מחוץ לחור השחור. בדיוק כפי שאם חלקיק קוונטי נמצא בתוך קופסא סגורה יש לו הסתברות להופיע גם מחוץ לקופסא.
קרינת הוקינג (ויקיפדיה)
לאמיר, בנושא חמקנים:
את מטוסי המכ"ם האלו קל מאד להפיל…באמצעות חמקנים אחרים או סתם טילים לא חמקנים בעליל.
שימור אנרגיה?
טמפ' העצם הבולע ("השחור") עולה עם הבליעה. ככה שאין מה לדאוג לשימור האנרגיה, זה עדיין עובד.
שאלה: מה עם חוק שימור אנרגיה?
חברום וחברית,
הספקטרום הרלוונטי לגוף שחור הוא האור הנראה.
לא קרני X ולא קרני רדיו ולא שום דבר אחר.
350-750 ננומטר.
אין דבר כזה "גוף שחור" לחלוטין שקולט את כל הקרינה ולא פולט שום כלום. אפילו חורים שחורים פולטים (קרינת הוקינג).
בברכת חברים,
עמי בכר
תשובה לעמרי – קראתי משהו מעניין לגבי פטנט רוסי לגילוי מטוסים חמקנים, הם מעלים לגובה רב מטוסי ביון שמפעילים מכ"ם חזק לכיוון הקרקע, באופן רגיל יתקבלו החזרים טבעיים מהאדמה, אך לעומת זאת אם חולף במקום מטוס חמקן מפעיל המכ"ם יראה על הצג שלו "חור" הנע במהירות וללא החזרים, כך ידע היכן נמצא המטוס.
אם נכון הדבר ובר ביצוע באמצעים כלכליים לא יקרים- זה אומר שכמו שדוד אמר יוכלו ליצור כלי טייס חמקניים לגמרי- בולעי קרינת מכ"ם וגם פאנלים סלולריים שיוכלו באמת למנוע זליגת קרינה למוח, למרות שלביצוע מושלם של חסימת קרינה למוח יצטרכו לתכנן את הטלפון הסלולרי מחדש.
ושוב, מאוד קריטי לדעת כמה יעלה 1X1cm של חומר, כדי לדעת אם זה בכלל פרקטי.
נאמר שהחומר הוא שחור "אמיתי" במובן שהוא בולע קרינה בכל אורכי הגל בצורה יפה.
מישהו יודע אם ואיך יכולה להיות לחומר מסוג זה השפעה ביצירתם של חומרים מרוכבים, לשימוש בכלי טייס חמקנים למשל?!
עמי
זהו אינו תעלול אופטי.
האור שמוחזר= האור שמוחזר מכל כיוון בסביבת משטח השפופרות. ומשום כך בדיקת המבנה נערכה שנה שלמה. זה לא ששמו מול המשטח גלאי פוטונים וזהו. לדעתי היה צריך לבדוק אותו מכל כיוון וכך עשו.
תכלית השפופרות היא לכלוא את קרן האור, לתת לקרן להבלע במשטח פחמן כמה שיותר גדול. ברור שבצורת שפופרות קרן האור באה במגע עם משטח יותר גדול מאשר במצב של משטח חלק שאינו עשוי שפופרות, שהרי שטח פנים של שפופרת חלולה ברוחב 1X1 גדול משטח פנים של ריבוע דו מימדי.
ולבסוף, יתרון נוסף של השפופרות הוא, שקרן האור "מאבדת אנרגיה" תוך כדי שהיא פוגעת רבות בדפנות השפופרת.
לעמי בכנר:
הם אומרים בעצמם שההשחרה היא תוצאה של המבנה אבל התוצאה הסופית היא שחלק עצום מן האנרגיה של האור הופך לחום ואינו מוחזר לשום מקום – לא קדימה ולא אחורה. איש לא עשה זאת לפניהם.
מתנצל, ההודעה הקודמת באה ללא זיהוי והדבר בלתי מנומס בעליל. טעות אנוש.
בברכת חברים
אני לא בטוח, אבל נדמה לי שמדובר בעצם בתרמית פיזיקלית קלה: השפופרות הללו ככל הנראה מנתבות את האור לכוון השני ובכך פוחת כמות האור שמוחזר. אם זה אכן הענין הרי שהחומר עצמו לא "שחור" במובן הקלאסי של גוף שחור שבולע את כל האור הנראה. אם זה כך, אזי מדובר בגוף שחור שבולע חלק מהאור – כמו גופים שחורים אחרים, ביעילות כזו או אחרת – ושאת חלק מהאור שלא נקלט, הוא פולט מהצד השני, בכוון הנאנו שפורפרות.
את התופעה הזו אני מכיר מאופטודת חמצן שפיתחנו במכון מקס פלנק שבגרמניה. שם, על מנת להפחית תופעות של קוונצ'ינג ושל החזרות אור, יצרנו על רדיד האופטודה נאנו שפורפרות שניתבו את האור הפלואורוסצנטי שנוצר כתוצאה מהמגע של החמצן עם הריאגנט ואכן הגברנו את ניצולת קצירת האור באחוזים גבוהים ביותר.
ידוע לי על כמה ירוקים, שחורים הרבה יותר מכל חומר שחור.