Vantablack Nedir? Bir Boya Nasıl "Siyahtan Bile Siyah" Olabilir?

Vantablack, 2009 yılında Ben Jensen tarafından geliştirilmeye başlanmış ve 2014 yılında Surrey Nanosystems tarafından ticarileştirilmiş bir pigmenttir ve bugüne kadar üretilmiş en koyu madde olarak kabul edilir. Bunun sebebi, gelen ışığın %99'undan fazlasını soğurmasıdır.^[4]

Vantablack, Işığı Nasıl Bu Kadar Emebiliyor?

Vantablack kelimesindeki "Vanta", "Vertically Aligned Nano Tube Arrays" yani "Dikey Hizalanmış Nanotüp Dizileri" anlamındaki bir kısaltmadır. Nanotüp ise tek sıra karbon atomundan oluşan grafenin, silindirik bir şekilde bükülerek elde edilen bir yapıdır.^[5]

İçerisinde karbon nanotüpleri kullanan Vantablack nanotüplerin ışık emisyonundaki yüksek başarısı sebebiyle kendisine gelen ışığın neredeyse tamamını emebilir. Karbon nanotüp gelen bu ışığı kendi içerisinde tutarak gelen ışığı ısı enerjisine dönüştürür.

Çeyrek Mühendis

Çapları 1 nanometreden (nm) daha az olan "tek duvarlı" veya çapları 100 nm'den fazla olan birkaç eşmerkezli birbirine bağlı nanotüpten oluşan "çok duvarlı" olabilirler. Uzunlukları birkaç mikrometreye ve hatta milimetreye ulaşabilir.^[6]

Karbon nanotüpler grafenin silindirik versiyonu olduğu için, kendisine gelen ışığın boşluklardan geçmesine izin verir ve grafenin yüksek ışık emisyonu sayesinde ışığı soğurur. Bu özellik Vantablack gibi bir maddede kullanılınca ışığın neredeyse tamamı soğurulur ve ışık enerjisi ısı enerjisine dönüştürülür.

2010 Nobel Fizik Ödülü ve Sihirli Madde Grafen!

2004 yılında Manchester Üniversitesi'nde yapılan bir çalışmada Rus asıllı iki bilim insanı olan Andre Geim ve Konstantin Novoselov günlük hayatta da sıkça kullanılan bir karbon yapısı olan grafiti ne kadar inceltebileceklerini merak ettiler ve çalışmaya başladılar.

Manchester Evening

Grafit, birbiri üzerine yerleştirilmiş süper ince karbon tabakalardan oluşur. Bu tabakaların inceliği 1 atom kadardır. Geim ve Novoselov da bu tabakayı inceltmeye çalışıyorlardı. Grafit tabakalarını inceltmek içinse basit bir yöntem uyguladılar.^[9]

Bantı grafite yapıştırıp üzerindeki tabakayı soyuyorduk. Bant üzerinde de pul pul grafit birikiyordu. Daha sonradan bantı ikiye katlayarak üstündeki pulların üzerine yapıştırarak bunları da ayırıyorduk. Bunu 10-20 defa yaptığımızda pullar daha çok inceliyordu. En sonunda da bantımızın üzerinde çok ince bir grafit tabakası kalıyordu. Bantı çözdüğümüzde ise kalan her şey çözeltide kalıyordu.^[10]

Grafen sayesinde Geim ve Novoselov 2010 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.^[11]

Katalizör Destekli Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi Nedir?

Vantablack'de de bulunan karbon nanotüpler bu metot sayesinde kullanılmıştır. Bu yöntemde bir substrat (silikon, titanyum vb.) üzerine karbon nanotüpleri büyütür. Bu tabaka bir tüpün içerisine koyulur. Bu tüpü yaklaşık olarak 750°C'ye kadar ısıtılır ve içerisinde karbon bulunan bir gaz (etilen) aktarılır. Katalizor tabakası sayesinde tüpler birleşme işlemine başlar. Bu işlem sonucu karbon büyür ve büyüdüğü için özel bir biçim alır.^[6]

Bu yöntemle elde edilen karbon nanotüpler düz bir hatta eşit aralıklarla dizilerek bu maddeyi oluşturmuştur.

Vantablack'in Rakibi: "Super Black"

Super Black, Birleşik Krallık'taki Ulusal Fizik Laboratuvarı'nda (NPL) geliştirilen bir yüzey işlemidir. Normal gelişte görünür ışığın yaklaşık %99,6'sını emerken, geleneksel siyah boya yaklaşık %97,5'ini emer. Diğer geliş açılarında süper siyah daha da etkilidir: 45°'lik bir açıda ışığın %99,9'unu emer.

Süper siyah yaratma teknolojisi, bir nikel-fosfor alaşımının kimyasal olarak aşındırılmasını içerir.

Süper siyahın uygulamaları, istenmeyen yansımaları azaltmak için özel optik aletlerdedir. Bu malzemenin dezavantajı, yüzey işlemi olduğu için düşük optik kalınlığıdır. Sonuç olarak, birkaç mikrometreden daha uzun bir dalga boyuna sahip kızılötesi ışık, karanlık katmandan geçer ve çok daha yüksek yansıtma özelliğine sahiptir.

Fakat Super Black geliştirilme aşamasında iken 2009 yılında bu maddeye rakip olan Vantablack ortaya çıktı.

Vantablack Nasıl Daha Popüler Oldu?

2011 yılında NASA ve Amerikan ordusu karbon nanotüp teknolojisini kullanan Vantablack'e fon yardımı yapmaya başladı. Bu yüzden Vantablack'in ticari anlamda önü açıldı.

Vantablack'in Kullanım Alanları

• Uzay teknolojilerinin en önemli ögelerinden olan uzay teleskoplarında gelen ışık ne kadar çok soğurulursa o kadar net görüntü alınır.

NASA Goddard (YouTube)

• Enerji alanında ise Vantablack'in ışığı soğurması ve ısı enerjisine dönüştürmesi bu maddeden yapılma enerji panellerine yol açabilir.
• Henüz sıklıkla kullanılmasa da lityum - iyon pillerden %30 daha verimli piller üretilmiştir.
• Bunun dışında Vantablack ışığın neredeyse tamamen soğurmasıyla getirdiği dekoratif özellik bazı firmaların kullandığı bir özelliktir.