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かんとこうブログ

2020.09.01

世界一黒いもの 黒の物語その1

 

「世界一黒いもの」とはどんなものでしょうか?「黒い」と言えば、ほとんど全ての光を吸収することで知られていますので、さしずめ、光の吸収率が最も高いもの、言い方を変えると光の反射率が最も低いものということになるのかもしれません。今インターネットで検索すると、どうやら世界で一番「黒い」ものは、MIT(マサチューセッツ工科大学)の航空宇宙工学教授と上海交通大学の研究者が、アルミニウムなどの電気伝導材料での上にカーボンナノチューブを成長させた特殊なCNT(カーボンナノチューブ)のようです。以下昨年9月のネット記事からご紹介します。

https://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2019/09/9995.php

このCNT、光の吸収率は99.995%です。MITの研究者達がどうやってこのCNTを作ったかというと、「アルミ箔を塩水中に浸して酸化物層を取り除き、その後、再酸化を防ぐためにホイルを無酸素環境に移し、最後にエッチングされたアルミニウムをオーブンに入れ、そこでCVD(化学気相成長)と呼ばれるプロセスを通じてカーボンナノチューブを成長させた。驚くべきことに他の場合よりもはるかに低い温度(約100℃)でCNTを成長させることができた。」とたったこれだけです。おそらく基材であるアルミ箔の表面に存在している酸化層の除去が鍵を握っているのではないかと思われますが、特別な工夫のようにも思えません。またメカニズムもわかっていません。


新しい超黒CNTでコーティングされる前後の16.78カラットのダイヤモンド

しかし出来上がったCNTは特別なものでした。そのアルミ箔の上で成長したCNTは電気や熱的な特性も所期の目的通り改良されていましたが、それもさることながら外観が全く違っていたのです。測定してみると光の吸収率が99.995%もあり、それまで世界一とされたVantablackの99.965%の約10倍黒いことがわかりました。研究者達は、この黒い物質を、光の存在が大きな妨げとなる宇宙空間で使用する光学機器に使用したいと考えているようです。

さてそれまで世界一黒い物質であったVantablack(ヴェンタブラック)は、MITの発見よりも5年ほど前に開発されました。以下ウイキペディアの記述から引用してご紹介します。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%B3%E3%82%BF%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF

開発は、当初はイギリス国立物理学研究所によって進められ、今はSurrey NanoSystemsで開発・事業化が行われているようです。Vantaとは  Vertically Aligned NanoTube Arrays(垂直に並べられたナノチューブの配列)の頭文字をとっており、基材面から垂直に林立するCNT群を思い浮かべていただければよいでしょう。2014年に開発され、世界一「黒い」物質としてギネスの認定を受けました。長い間世界一「黒い」物質という称号を謳歌したVanteblackですので、世界的にもかなり有名な存在だったのですが、塗料関係者にとっての最大のニュースは昨年のベルリン・モーターショウで出典された真っ黒なBMWです。

BMW・X6の特別モデルは、オリジナルのVantablackではなく、そこから派生した素材を使用した塗料を使って塗装したものと説明さてれています。(BMW社のサイトより)

今でもたまに街中で艶消し塗装した車を見かけると一瞬「ドキッ」としますが、これはそれ以上に衝撃的な映像です。塗装面では全く反射光が観察されません。とりもなおさず艶が全くありません。


https://www.bmw.com/ja/design/the-bmw-X6-vantablack-car.html

塗装している状況も動画が公開されています(以下のURL)が、すでに完成している車に対して、補修塗装のような方法で塗装されています。

ビデオで見る限り、塗料の状態は液状で光沢がありますが、ごく普通のエアー・スプレーガンで塗装された塗装面はすでに光沢がなく、表面が通常の自動車用塗料のようには平滑でないように思われます。このコーティング材料については、直接表面への何らかの接触があるような場所には推奨できないとしていますので、この車はあくまでデモ用であり、実用化は考えていないようと思われます。

https://www.bing.com/videos/search?q=%ef%bc%a2%ef%bc%ad%ef%bc%b7%e3%80%80%ef%bc%b6%ef%bd%81%ef%bd%8e%ef%bd%94%ef%bd%81%ef%bd%82%ef%bd%8c%ef%bd%81%ef%bd%83%ef%bd%8b&&view=detail∣=8FB9908A3086054264188FB9908A308605426418&&FORM=VDRVSR

とここまでCNTがなぜ黒いのかを説明せずに書いてきましたが、その説明はもう少し待っていただき、さらにCNTの話を続けます。実は黒いCNTに関しては、Vanteblackよりも先に日本の研究者がCNTを基材に対して垂直に成長させると非常に光の吸収率が高くなることを発見していました。CNTが垂直に規則正しく林立するきれいな写真も掲載されています。2009年の産総研の研究成果です。実用化に至らなかった理由は不明ですが、せっかく先行した研究があったのにと残念な感じがします。

http://archive.wiredvision.co.jp/blog/yamaji/200905/200905191101.html

独立行政法人産業技術総合研究所 計測標準部門の水野耕平博士らが開発した
「カーボンナノチューブ黒体」

この構造を見ていると、なんだか光が吸い込まれて出てこられなくなりそうな気がしてきませんか?実際、CNTが光を吸収するのもそうした理由なのです。今日はもうだいぶ長くなってしまいましたので続きは明日説明します。この黒の話ですが、今日は人間が作った人工物での「世界一黒いもの」について書きました。2日目は、自然物などの「黒い」ものについて、3日目と4日目は塗料の黒について書きます。

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