超黑薄膜涂层可以让下一代望远镜变得更好

有时，要看得清楚需要全黑。对于天文学和精密光学，黑色涂料涂层设备可以减少杂散光，增强图像并提高性能。对于最先进的望远镜和光学系统来说，每一点都很重要，因此制造商寻找最黑的黑色来覆盖它们。

上海理工大学和中科院的研究人员在《真空科学与技术杂志A》上开发了一种用于航空级镁合金的超黑薄膜涂层。它们的涂层可吸收 99.3% 的光，同时足够耐用，可以在恶劣的条件下生存。

对于在太空真空中运行的望远镜，或在极端环境下的光学设备，现有的涂层往往是不够的。

“现有的黑色涂层，如垂直排列的碳纳米管或黑硅，都受到脆弱性的限制，”作者曹云珍说。“对于许多其他涂层方法来说，在管内或其他复杂结构上涂覆涂层也很困难。这对于它们在光学器件中的应用很重要，因为它们通常具有显着的曲率或复杂的形状。”

为了解决这些问题，研究人员转向原子层沉积(ALD)。通过这种基于真空的制造技术，目标被放置在真空室中，并依次暴露于特定类型的气体中，这些气体以薄层形式粘附在物体的表面上。

“ALD 方法的一大优势在于其出色的阶梯覆盖能力，这意味着我们可以在非常复杂的表面(例如圆柱体、柱子和沟槽)上获得均匀的薄膜覆盖，”曹说。

为了制作超黑涂层，该团队使用了铝掺杂碳化钛 (TiAlC) 和氮化硅 (SiO 2 ) 的交替层。这两种材料共同作用，可以防止几乎所有光线从涂层表面反射。

“TiAlC 充当吸收层，SiO 2用于创建抗反射结构，”曹说。“因此，几乎所有的入射光都被捕获在多层薄膜中，实现了高效的光吸收。”

在测试中，研究小组发现，从 400 纳米的紫光一直到 1,000 纳米的近透视 光，其平均吸收率为 99.3%。他们甚至使用特殊的阻挡层将涂层应用于镁合金，镁合金通常用于航空航天应用，但很容易被腐蚀。

“更重要的是，该薄膜在恶劣环境下表现出极好的稳定性，并且足够坚韧，可以承受摩擦、高温、潮湿条件和极端温度变化，”曹说。

作者希望他们的涂层将用于增强在最极端条件下运行的太空望远镜和光学硬件，并正在努力进一步提高其性能。

“现在这种薄膜可以吸收超过 99.3% 的可见光，我们希望进一步扩大其光吸收范围，包括紫外线和透视 线区域，”曹说。