Глаза мотыльков вдохновили ученых на создание светопоглощающего графена

Ученые из Университета Суррея создали сверхтонкую пленку, которая способна поглощать до 99 процентов падающего на нее излучения, от инфракрасных до ультрафиолетовых волн. Такой материал способен улавливать очень тусклый и свет и использоваться в оптических сенсорах. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Для получения пленки ученые скомбинировали два подхода. Во-первых, в качестве основного материала они взяли графен, который поглощает свет в очень широком диапазоне волн, от видимого света до ультрафиолета. Во-вторых, исследователи воспользовались аморфными наноструктурами, внутри которых «теряется» значительное количество излучения определенной длины волны.

Объединив оба материала, ученые получили тонкую пленку толщиной в 15 нанометров, которая абсорбирует до 99 процентов оптических волн. Исследователи утверждают, что принцип работы пленки они позаимствовали у мотыльков, чьи глаза способны очень хорошо видеть в темноте.

В ходе исследования ученые выращивали аморфные наноструктуры из титана на специальной кремниевой подложке, которая состояла из «пикселей» — квадратных участков с металлической поверхностью и нагревающим элементом. На слой титана наносили слой графена. Идея ученых состояла в том, что верхний слой графена будет «ловить» световые волны, а нерегулярные структуры под ним удерживать электромагнитное излучение.

Для проверки, как хорошо полученный материал поглощает свет, его нагревали до температуры в 200 градусов Цельсия, в результате чего наноструктуры начинали испускать тепло. Согласно закону излучения Кирхгофа, тепловое излучение при этом соответствует излучению тела с определенной способностью к поглощению. Для измерения теплоотдачи ученые использовали тепловизионную камеру. Результаты показали, что материал способен поглощать до 99 процентов падающего на него излучения, от инфракрасной до ультрафиолетовой длин волн.   

В 2014 году компания Surrey NanoSystems разработала материал, названный Vantablack, который поглощает до 99,96 процентов падающего излучения, включая радиоволны. Вещество состоит из вертикальных нанотрубок, в которых «теряются» фотоны, почти не отражаясь обратно и превращаясь в тепло. В 2015 году физики из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы получили наночастицы золота, которые поглощают свыше 98,43 процентов видимого и инфракрасного излучения.

Александр Еникеев