วัสดุซูเปอร์แบล็ก Vantablack

Vantablack คือกลุ่มของวัสดุเคลือบผิวประเภทซูเปอร์แบล็ก (Super-black coatings) ที่มีความสามารถในการสะท้อนแสงต่ำมาก โดยมีค่าการสะท้อนแสงรวมแบบครึ่งทรงกลม (Total Hemispherical Reflectance - THR) ต่ำกว่า 1% ในสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้ ชื่อของวัสดุนี้เป็นการผสมคำระหว่างตัวย่อ VANTA (Vertically Aligned Nanotube Arrays หรือ อาร์เรย์ของท่อนาโนที่จัดเรียงในแนวตั้ง) และคำว่า black (สีดำ)

กลไกการทำงานและคุณสมบัติทางกายภาพ

Vantablack รุ่นดั้งเดิมถูกสร้างขึ้นผ่านกระบวนการตกสะสมไอทางเคมี (Chemical Vapour Deposition - CVD) โดยประกอบด้วย "ป่า" ของท่อคาร์บอนนาโน (Carbon Nanotubes) ที่เติบโตในแนวตั้งบนพื้นผิววัสดุ เมื่อแสงตกกระทบ Vantablack แสงจะไม่สะท้อนกลับ แต่จะถูกกักเก็บและสะท้อนไปมาอยู่ระหว่างท่อนาโนเหล่านี้จนถูกดูดซับและเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนในที่สุด

คุณสมบัติเด่นของ Vantablack คือการดูดซับแสงที่มองเห็นได้ได้สูงสุดถึง 99.965% ซึ่งสูงกว่าวัสดุดูดซับแสงที่ NASA เคยพัฒนาในอดีต เนื่องจาก Vantablack สามารถผลิตได้ที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส ในขณะที่วัสดุของ NASA ต้องใช้ความร้อนสูงถึง 750 องศาเซลเซียส ทำให้ Vantablack สามารถนำไปใช้กับวัสดุที่ทนความร้อนได้ต่ำกว่าได้ นอกจากนี้ยังมีค่าการปล่อยก๊าซ (Outgassing) และการหลุดร่วงของอนุภาคที่ต่ำ ทำให้มีความเหมาะสมในการใช้งานเชิงพาณิชย์และในสภาวะสุญญากาศ

ประวัติและการพัฒนา

Vantablack ถูกคิดค้นโดย Ben Jensen ผู้ก่อตั้งและประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยี (CTO) ของบริษัท Surrey NanoSystems และเปิดตัวสู่สาธารณะในเดือนกรกฎาคม ปี 2014 โดยมีการพัฒนาในช่วงแรกที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แห่งชาติ (National Physical Laboratory) ในสหราชอาณาจักร

การผลิตเชิงพาณิชย์และผลิตภัณฑ์

Surrey NanoSystems ได้พัฒนา Vantablack ออกเป็นหลายรูปแบบเพื่อตอบสนองการใช้งานที่แตกต่างกัน:

• CVD Vantablack: รุ่นดั้งเดิมที่ใช้กระบวนการปลูกท่อนาโนในแนวตั้ง ปัจจุบันไม่ได้ผลิตเพื่อการใช้งานเชิงพาณิชย์ทั่วไปแล้วเนื่องจากมีรุ่นที่ใช้งานง่ายกว่าเข้ามาแทนที่
• Vantablack S-VIS และ S-IR: เป็นสีสเปรย์ที่ประกอบด้วยท่อนาโนที่จัดเรียงตัวแบบสุ่ม มีประสิทธิภาพในการดูดซับแสงในย่านอินฟราเรดได้ดีกว่า และต้องใช้การอบความร้อนที่อุณหภูมิ 100–280 องศาเซลเซียส พร้อมกระบวนการในสุญญากาศ
• Vantablack VBx: สีสเปรย์ที่ไม่ใช้ท่อนาโน ซึ่งมีขั้นตอนการใช้งานที่ง่ายกว่า

การประยุกต์ใช้งาน

ด้านวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์

เนื่องจากความสามารถในการดูดซับแสงที่ยอดเยี่ยม Vantablack จึงถูกนำไปใช้ในหลายด้าน เช่น:

• กล้องโทรทรรศน์: ใช้เคลือบเพื่อป้องกันแสงรบกวน (Stray light) ไม่ให้เข้าไปในระบบเลนส์ ซึ่งช่วยเพิ่มความคมชัดของภาพจากห้วงอวกาศ
• กล้องอินฟราเรด: เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซนเซอร์และกล้องอินฟราเรดทั้งบนโลกและในอวกาศ
• ดาวเทียม: มหาวิทยาลัย Surrey กำลังพัฒนาการใช้ Vantablack เคลือบดาวเทียมเพื่อลดการสะท้อนแสงที่รบกวนการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์จากพื้นโลก
• พลังงานแสงอาทิตย์: มีศักยภาพในการนำไปใช้เพิ่มประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ในการดูดซับพลังงาน

ด้านศิลปะและข้อพิพาท

Surrey NanoSystems ได้มอบสิทธิ์การใช้งาน Vantablack S-VIS ให้กับศิลปิน Anish Kapoor แต่เพียงผู้เดียวสำหรับการใช้งานในเชิงศิลปะ ข้อตกลงนี้สร้างความไม่พอใจให้กับศิลปินคนอื่นๆ ที่ต้องการทดลองใช้สีดำที่เข้มที่สุดนี้ จนนำไปสู่การตอบโต้จากศิลปิน Jason Chase และบริษัท Nanolab ที่ร่วมกันเปิดตัวสี Singularity Black เพื่อเป็นทางเลือกให้กับศิลปินทั่วไป