黑，真太黑了！

光学仪器种类众多，其核心部件为感光器件。该器件原理类似于人类的眼睛，接受物体表面反射出的光线进而实现对物体的观测。光线与物体发生作用，部分能量被吸收或透过，部分能量被反射或散射，从而形成了物体的颜色。精密的光学仪器，为了实现对目标物体的精确观测，必须有效屏蔽外界环境中的干扰光线。由于黑色物质对光的吸收较为广泛，所以精密的光学仪器多数为黑色。

图1 生活中常见的光学仪器多为黑色（图片来自于网络）

越是高端的光学仪器，对于仪器的灵敏度要求越高，也就要求其能够精确的识别目标光学信号并屏蔽外界环境的其他信号及仪器本身产生的光学信号。以光学天文望远镜为例：自1609年伽利略开始用光学望远镜观测天体以来，各式天文望远镜性能不断提高，成为探索宇宙奥秘的重要手段。光学望远镜是除射电望远镜之外，应用最广泛的天文望远镜，通过不同光学波段的观测可获得不同的天文学数据。

其中，红外波段的观测是目前光学天文望远镜的研究重点。但由于地球大气的吸收和散射，导致地面的红外观测只局限于几个近红外窗口，为获得更丰富的红外波段信息，就必须进行空间红外观测。但是，空间红外天文望远镜处在工作状态时，其内部元器件在工作时会产生热量，由此产生的微量红光线会干扰仪器对于空间目标红外波段的观测。为此，有必要将仪器本身产生的光学干扰吸收，以提高望远镜对于有用信号的灵敏度。

图2 NASA于1990发射的哈勃天文望远镜（图片来自于网络）

当然，对于杂质光源的屏蔽不仅仅是天文望远镜的需求，所有精密的光学仪器，都需要屏蔽无关的光学干扰。当然，除此之外，太阳能电池也需要增强对于特定光源的吸收，以提高能量转换效率。

图3 常用的光学仪器及太阳能电池板（图片来自于网络）

所以吸光材料的研究与应用就十分必要。如前所述，当光线与物体发生作用时，部分能量被物体吸收，部分未被吸收的能量被反射、散射或透射，影响我们所观察物体的颜色。但所有可见光都被物体吸收时，则物体表现为黑色，所以黑色的物质通常具有更广的吸光范围。同时，需要一种技术可以在仪器内部不同材质的表面制备涂层，以便长效地屏蔽干扰信号。

近期，中科院宁波材料所先进涂层与增材制造技术团队经过多年研究，成功开发出一种超黑涂层。经第三方权威机构检测，200nm-25μm波段吸光率高达99%。该涂层可在多种基材表面沉积，同时可实现大面积批量制备，而且可适应高温、低温、真空、液体等极端服役环境。除了空间探测之外，该涂层有望应用于所有光学信号调制领域，包括数码摄像机、太阳能电池、建筑隔热保温、视觉艺术设计等领域。

图4 中科院宁波材料所先进涂层与增材制造团队制备的吸光涂层

说完正经的科学问题，再来看看科学与艺术的碰撞，会产生怎样的火花。最近首张黑洞照片发布引发关注，网络上的各种黑洞创意照片更让人捧腹。而早在去年，一场艺术设计的“视觉黑洞”则更有趣味。

据葡萄牙《公报》报道，一件艺术品名为“坠入地狱”（Descent into Limbo）的作品在葡萄牙波尔图塞拉维斯博物馆展出，引爆国外网络。参观者首先需要进入一个立方体形状的建筑，然后就能在地板中间看到这个圆形的洞。洞的通体被漆成黑色，给人一种看不出深度的错觉。虽然展品周围被贴上了一些警告标示，工作人员也时常提醒游客不要靠得太近，但在最近几次展出中，还是有很多人表示不信，觉得这就是个用黑色颜料画出的圈。

真实情况是，它足足有8英尺（约2.43米）之深！

图5 葡萄牙波尔图塞拉维斯博物馆的一件名为“坠入地狱”的展品（图片来自于网络）

实际上，洞壁上涂覆有英国某纳米技术公司研发的材料，常温下本体不发射可见光，而且能吸收高达99.965%的可见光当光线入射到该物体表面时，几乎不会反射出去，而是会局限于管壁之中不断偏折，直到最后转换成热能为止，它有望被选为新一代太空望远镜的涂料。

除了空间探测、精密仪器、超黑暗室、光伏组件之外，该涂层有望应用于所有需要光学信号调控的领域，包括卫星光学定位、数码摄像机、建筑隔热保温、视觉艺术设计等领域。未来，更多潜在的应用有望继续被开发出来，将是一个空间广阔的蓝海。看完这种超黑涂层的介绍，有没有激发你的想象空间？

来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所

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