Jak uszyć… czarną dziurę z wełny
Punktem wyjścia wcale nie był kosmiczny supermateriał, tylko dość zwyczajna biała dzianina z wełny merynosów. Naukowcy najpierw zabarwili ją polimerem syntetycznej melaniny, polidopaminą, która sama w sobie dobrze pochłania światło. To jednak dopiero początek. Następnie tkaninę umieszczono w komorze plazmowej, gdzie powierzchnię włókien „wytrawiono”, tworząc na niej gęsty las nanowłókien: maleńkich struktur, które potrafią uwięzić światło, zamiast je odbijać.
W praktyce działa to trochę jak nieskończenie złożony labirynt. Promień światła trafia w materiał, odbija się od jednego nanowłókna, potem od kolejnego, po drodze wielokrotnie się rozprasza i traci energię. Zamiast dostać drugą szansę, by uciec i trafić z powrotem do naszego oka, w większości zostaje „wchłonięty” przez strukturę tkaniny. Efekt końcowy to ultraczarny materiał, który pochłania 99,87 procent światła padającego na jego powierzchnię – różnica względem zwykłej czerni z barwnika jest kolosalna.
Co ważne, naukowcy podkreślają, że proces da się stosunkowo łatwo skalować. W przeciwieństwie do najbardziej ekstremalnych superczarnych powłok opartych na nanorurkach węglowych tutaj bazą jest tania, powszechnie dostępna wełna i dobrze znane technologie chemiczne oraz plazmowe. To otwiera drogę zarówno do eksperymentalnej mody, jak i zupełnie poważnych zastosowań technicznych.
Ptak, który zniknął w mroku, jako inspiracja
Za tą czernią stoi bardzo ziemskie źródło inspiracji: samiec cudowronka z gatunku magnificent riflebird. Ten ptak z Nowej Gwinei i północnej Australii słynie z piór, które łączą intensywną, iryzującą zieleń i błękit na piersi z niemal absolutnie czarną resztą ciała. W świetle dziennym wygląda to tak, jakby kolorowa plama unosiła się w próżni, bez wyraźnych konturów sylwetki.
Badacze od lat wiedzą, że to nie tylko zasługa pigmentu, ale też mikrostruktury piór. Powierzchnia jest ukształtowana tak, by pochłaniać, jak najwięcej światła i minimalizować odbicia. Zespół z Cornell przeanalizował te struktury i spróbował odtworzyć ich działanie w materiale tekstylnym. Zamiast „kopiować” pióra jeden do jednego, stworzono ich funkcjonalny odpowiednik w skali nano, właśnie w postaci nanowłókien na powierzchni tkaniny.
Ciekawostka: naturalne pióra cudowronka są najbardziej czarne, gdy patrzymy na nie z przodu. Pod większym kątem zaczynają delikatnie odbijać światło i tracą tę absolutną głębię. Nowa tkanina pod tym względem wygrywa z naturą. Zachowuje ekstremalne pochłanianie światła nawet przy obserwacji pod kątem do około 60 stopni, więc wygląda niewiarygodnie czarno nie tylko na wprost, lecz także z boku.
Najczarniejsza, ale nie absolutnie rekordowa
Żeby uporządkować fakty: to najczarniejsza tkanina, jaką do tej pory udało się stworzyć, ale nie najczarniejszy materiał w ogóle. Kilka lat temu świat obiegły informacje o Vantablack, strukturze z nanorurek węglowych, która pochłania do 99,96 procent światła. Jeszcze dalej poszli badacze z MIT, którzy ogłosili powstanie materiału pochłaniającego aż 99,995 procent światła.
Jest jednak istotna różnica. Vantablack i podobne powłoki są bardzo trudne i kosztowne w produkcji, często powstają na sztywnych podłożach i nie nadają się do codziennego użytkowania. Można nimi pokryć elementy instrumentów naukowych czy rzeźby, ale trudno wyobrazić sobie z nich sukienkę albo zasłony w salonie. Nowa tkanina z Cornell jest pod tym względem bardziej „przyziemna”: to nadal elastyczny materiał, który można zszyć, drapować i nosić.
Dlatego porównywanie samych procentów trochę mija się z celem. Rekordy w stylu „99,995 procent” brzmią imponująco, ale często pozostają ciekawostką z zamkniętego laboratorium. Tutaj mamy coś, co już w pierwszym eksperymencie trafiło na wybieg: studentka mody uszyła sukienkę, w której kolejne fragmenty materiału stopniowo ciemnieją, aż przechodzą w obwódkę z ultraczarnej tkaniny otaczającej błękitną „plamę” inspirowaną piersią cudowronka. To wizualnie robi ogromne wrażenie.
Od wybiegów po teleskopy: do czego może przydać się taka czerń
Najbardziej oczywisty kierunek to moda i kostiumy sceniczne. Ubrania, które pochłaniają praktycznie całe światło, mogą pozwolić projektantom bawić się iluzją: ukrywać kontury sylwetki, „odcinać” fragmenty ciała w teatrze czy filmie, tworzyć stroje, które na zdjęciach wyglądają jak wycięte w kadrze dziury. W erze mediów społecznościowych taki efekt „to nie może być prawdziwe” to złoto dla wszystkich, którzy chcą przyciągnąć uwagę widza jednym kadrem.
Druga, mniej spektakularna, ale bardzo praktyczna grupa zastosowań to optyka i sprzęt pomiarowy. Ultraczarne powłoki już dziś stosuje się wewnątrz teleskopów, kamer naukowych czy spektrometrów, żeby zminimalizować wszelkie niechciane refleksy. Im mniej zbłąkanych fotonów biega po wnętrzu urządzenia, tym czystszy i bardziej precyzyjny jest sygnał. Tkanina, którą można formować, przycinać i łatwo produkować, mogłaby trafić choćby do osłon optycznych, wnętrz obudów i laboratoriów, gdzie światło trzeba ujarzmić.
Nie można też zapominać o zastosowaniach związanych z energią i termiką. Materiał, który pochłania prawie całe światło, świetnie nagrzewa się pod wpływem promieniowania. To potencjalnie ciekawy kierunek dla pasywnych systemów ogrzewania, paneli słonecznych optymalizowanych pod kątem jak największego pochłaniania czy specjalistycznych powłok grzewczych. Z drugiej strony, inżynierowie wojskowi i specjaliści od kamuflażu wzrokowego oraz termicznego z pewnością również przyglądają się takim rozwiązaniom z dużą uwagą.
Jest w tym projekcie coś symbolicznego. Od lat gonimy za „naj”: najjaśniejszymi ekranami, najbardziej nasyconymi kolorami, najwyższą rozdzielczością. Tymczasem tu cała magia polega na tym, że… nic nie widać. Tkanina nie błyszczy, nie pokazuje faktury, nie zdradza kształtu. Znika, zastępując przedmiot wrażeniem pustki. To świetny przykład, jak inżynieria materiałowa potrafi grać na naszych zmysłach i intuicji.
Podoba mi się też, że to nie jest projekt hermetycznie zamknięty w świecie fizyki materiałów. Od razu widać, jak przenika do innych dziedzin: od mody i sztuki, przez fotografię i film, po stricte techniczne zastosowania w optyce i energetyce. Lubię takie technologie, które nie kończą życia w PDF z artykułem naukowym, tylko mają potencjał stać się częścią naszej codzienności, nawet jeśli na początku pojawią się „tylko” na wybiegach albo w instalacjach artystycznych.
Zostaję jednak z jednym praktycznym pytaniem: jak ta tkanina zniesie realne użytkowanie. Czy ultraczarna struktura przetrwa pranie, tarcie o torebkę, słońce, deszcz i codzienne życie, czy też pozostanie delikatnym, pokazowym eksperymentem. Jeśli badacze poradzą sobie z trwałością i kosztami, możemy za kilka lat zobaczyć nie tylko pojedyncze kreacje, lecz także całą nową kategorię produktów, w których czerń jest już nie kolorem, ale świadomym „usuwaniem” światła z naszego świata. I to jest perspektywa, która zdecydowanie rozpala wyobraźnię, nawet jeśli robi to przy pomocy materiału, który sam z siebie nie odbija prawie nic.