産総研チームによる「最も暗黒な物質」
Images: Proceedings of the National Academy of Sciences
このほど日本の研究チームが作成した素材は、全宇宙で最も黒いということになるかもしれない。このシート状のカーボン・ナノチューブは、あらゆる波長の光の光子を、ほぼ完全に捉えられるという。
この素材は、実際に測定できるか、存在が推定できる波長のうち97〜99％を吸収でき、これまでに人為的に作成された物質としては最も黒体に近い。
黒体とは外部からの入射を完全に吸収する理論上の物質で、比喩的な表現をすれば底なし穴の入り口のようなものだと考えられている。[黒体は、光や電磁波によって外部から入射する熱放射などを、あらゆる波長に渡って完全に吸収し、また放出できる物体のこと。完全な意味での黒体は現実には存在しないとされているが、ブラックホールなど近似的にそうみなせる物体はある]
この素材は、裸眼では完全に平坦なシートに見えるが、実際には深い穴がいくつも空いている。参考までに、これまでの黒い塗料やコーティング剤は、あらゆる波長の光のうち84〜95％を吸収するに留まっていた。研究チームは、今回の新素材がソーラーパネルに利用できると考えており、また極寒で真空という宇宙空間にあって熱を集めるという利用法も検討している。
SWNTはSingle-Walled Carbon Nanotubeの略で、単層カーボン・ナノチューブ
この素材は、日本の産業技術総合研究所のナノテク研究者らによって開発された。『米国科学アカデミー紀要』(PNAS)に掲載される論文によると、垂直配向構造の単層カーボン・ナノチューブの平坦なアレイからなる。ある1つのナノチューブが光子を吸収し損ねても、弾かれた光子をその近くのナノチューブが吸収する仕組みだ。
「この相互作用の繰り返しにより、弱められた光はついに[ナノチューブの]森に完全に吸収されてしまう」と、研究チームは書いている。
[レンセラー工科大学とライス大学の研究者たちも2008年1月、光を99.9％吸収する物質を開発したと発表している(日本語版記事)。複数のカーボン・ナノチューブがブラシのような形で構造化されており、「ブレード」間の小さなギャップに光が捉えられる仕組みという。表面も、反射率を抑えるよう加工されている。レンセラー大学のリリースはこちら]
参考論文: "A black body absorber from vertically aligned single-walled carbon nanotubes." By Kohei Mizuno, Juntaro Ishii, Hideo Kishida, Yuhei Hayamizu, Satoshi Yasuda, Don N. Futaba, Motoo Yumura, and Kenji Hata.
