Ultraczarna powłoka usprawnia działanie teleskopów

Kosmiczny teleskop TESS odkrył niedużą i bardzo młodą planetę zbliżoną wielkością do Ziemi i na bardzo małym dystansie okrążającą podobną do Słońca gwiazdę. Planeta ma najprawdopodobniej całą półkulę pokrytą płynna lawą.

Powlekając wnętrza instrumentów optycznych takich jak teleskopy kosmiczne cienką warstwą niemal całkowicie pochłaniającą światło rozproszone można poprawić jakość uzyskiwanego obrazu – informuje “Journal of Vacuum Science & Technology A”.

.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.

Nowy wynalazek chińskich naukowców

.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.

Z czego zrobiona jest ultraczarna powłoka?

.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.

Badania naukowe zmieniają świat

.„Najbardziej ambitne europejskie projekty badawcze realizowano w trzech dużych obszarach nauki: naukach o życiu, naukach ścisłych i technicznych oraz naukach społecznych i humanistycznych” – pisze na łamach „Wszystko co Najważniejsze” prof. Andrzej JAJSZCZYK.„Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu.”

„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami.

„W obszarze nauk ścisłych i technicznych najwięcej badań w ostatnich latach prowadzi się w dyscyplinach inżynierii materiałowej i nauki o materiałach. Ich praktyczny potencjał nie podlega dyskusji. Następne dyscypliny w kolejności finansowania przez ERC to chemia fizyczna, fizyka materii skondensowanej i ciała stałego, elektronika i fotonika, a także chemia organiczna. Po nich następują informatyka i kryptologia, oddziaływania fundamentalne, w tym oddziaływania grawitacyjne czy elektromagnetyczne. Listę najpopularniejszych badawczo dyscyplin zamyka fizyka kwantowa. Warto przy tym pamiętać, że wspomniana kolejność nie wynika z jakichkolwiek priorytetów czy preferencji ERC, lecz jedynie z pojawiania się najbardziej interesujących pomysłów badawczych zgłaszanych przez samych naukowców.”„Ważne jest także to, że w obszarze nauk ścisłych i technicznych obserwujemy w ostatnich latach znaczący postęp w opracowywaniu nowych metod badawczych. Obejmują one m.in. eksperymentalne metody skoncentrowane na modelach klimatycznych, modelowanie obliczeniowe, w tym symulacje związane z sieciami neuronowymi. Intensywnie rozwija się także metody matematyczne związane z teorią pola i algorytmami, a w obszarze chemii – nowe metody syntezy organicznej i katalizy.”

PAP/Paweł Wernicki/Wszystko co Najważniejsze/JT

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 13 marca 2024