Ultrasort tyndfilmsbelægning kunne gøre næste generations teleskoper endnu bedre

Nogle gange kræver det fuldstændig sort at se klart. Til astronomi og præcisionsoptik kan belægningsenheder i sort maling skære ned på spredt lys, forbedre billeder og øge ydeevnen. For de mest avancerede teleskoper og optiske systemer betyder hver lille smule, så deres producenter søger de sorteste sorte til at belægge dem.

I Journal of Vacuum Science &Technology A , udviklede forskere fra University of Shanghai for Science and Technology og det kinesiske videnskabsakademi en ultrasort tyndfilmbelægning til aerospace-grade magnesiumlegeringer. Deres belægning absorberer 99,3 % af lyset, mens den er holdbar nok til at overleve under barske forhold.

Til teleskoper, der opererer i rummets vakuum, eller optisk udstyr i ekstreme miljøer, er eksisterende belægninger ofte utilstrækkelige.

"Eksisterende sorte belægninger som vertikalt justerede kulstofnanorør eller sort silicium er begrænset af skrøbelighed," sagde forfatter Yunzhen Cao. "Det er også svært for mange andre belægningsmetoder at påføre belægninger inde i et rør eller på andre komplicerede strukturer. Dette er vigtigt for deres anvendelse i optiske enheder, da de ofte har betydelig krumning eller indviklede former."

For at løse disse problemer vendte forskerne sig til atomlagaflejring (ALD). Med denne vakuumbaserede fremstillingsteknik placeres målet i et vakuumkammer og sekventielt udsat for specifikke typer gas, som klæber til objektets overflade i tynde lag.

"En stor fordel ved ALD-metoden ligger i dens fremragende trindækkende evne, hvilket betyder, at vi kan opnå ensartet filmdækning på meget komplekse overflader, såsom cylindre, søjler og skyttegrave," sagde Cao.

For at lave deres ultrasorte belægning brugte holdet skiftende lag af aluminium-doteret titaniumcarbid (TiAlC) og siliciumoxid (SiO₂ ). De to materialer arbejder sammen for at forhindre næsten alt lys i at reflektere fra den coatede overflade.

"TiAlC fungerede som et absorberende lag, og SiO₂ blev brugt til at skabe en antirefleksstruktur," sagde Cao. "Som et resultat er næsten alt det indfaldende lys fanget i flerlagsfilmen, hvilket opnår effektiv lysabsorption."

I test fandt holdet en gennemsnitlig absorption på 99,3% over en bred vifte af lysbølgelængder, fra violet lys ved 400 nanometer hele vejen til nær infrarødt ved 1.000 nanometer. Ved at bruge et specielt barrierelag påførte de endda deres belægning på magnesiumlegeringer, som ofte bruges i rumfartsapplikationer, men som let korroderes.

"Hvad mere er, viser filmen enestående stabilitet i ugunstige miljøer og er hård nok til at modstå friktion, varme, fugtige forhold og ekstreme temperaturændringer," sagde Cao.

Forfatterne håber, at deres belægning vil blive brugt til at forbedre rumteleskoper og optisk hardware, der fungerer under de mest ekstreme forhold, og arbejder på at forbedre ydeevnen yderligere.

"Nu hvor filmen kan absorbere over 99,3 % af det indkommende synlige lys, håber vi at udvide dets lysabsorptionsområde endnu mere til at omfatte ultraviolette og infrarøde områder," sagde Cao.

Flere oplysninger: Robust ultrasort film aflejret på magnesiumlegering med stor krumning ved aflejring af atomlag, Journal of Vacuum Science &Technology A (2024). DOI:10.1116/6.0003305

Leveret af American Institute of Physics