mile米乐集团 吸收超过 9998% 光线的终极深色板材

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）、物理测量标准研究部、应用光学测量研究组、研究组组长雨宫国、清水佑平、光发射标准研究组首席研究员、研究组组长崔洋二、米乐m6官方网站（以下简称“QST”）、量子束科学部、Hiroshi Koshikawa、总工程师 Tetsuya Yamaki 研究计划部门的负责人对漆类成分很感兴趣。腰果油“至尊”通过在黑色树脂表面形成细微的凹凸并捕获光线，吸收9998%以上的可见光。深色床单'' 已开发。

这项技术是离子束利用辐射和化学蚀刻在母盘上形成细小的锥形凹凸结构（光限制结构）并将其转移到母盘上的方法已扩展到广泛的材料，这次我们成功开发了一种新型暗片，其光吸收率显着提高。其中，腰果油黑色树脂是从材料内部提取的。散射反射具有特别少（暗淡）的特性，并且光限制结构使得材料的表面镜面反射通过抑制眩光，您可以实现深黑色，以致激光笔看起来消失了。半球反射率它的含量不到 002%，低了一个数量级以上，使其成为世界上最黑的材料，而且足够耐用，可以触摸。这种至高无上的黑色板材即使在明亮的地方也能实现压倒性的黑色，并防止背景反射，为视觉表达提供比以往更高的对比度。

该技术的详细信息将于 2023 年 1 月 13 日（美国东部标准时间）公布科学进步

低反射黑色材料广泛应用于装饰、视频、太阳能利用、光学传感器等照明应用。特别是，理想情况下，完全非反射的黑体材料适用于防止漫反射和消除相机和光谱分析仪内部杂散光等应用。人眼其实对黑色很敏感，当比较半球反射率（以下简称“反射率”）在02%以上的黑色和半球反射率在01%以下的黑色时，用肉眼就可以清楚地区分。反射率远低于 01% 的黑体材料在各种需要尽可能控制光线的情况下具有很高的实用价值，例如防止令人不快的反射（眩光）和增强图像的清晰度。近十年来，出现了接近黑体的材料。然而，迄今为止，只有易碎材料能够实现极低的反射率，远低于01%，使其难以在一般环境中使用。

AIST 在研究和开发高光吸收材料时，旨在开发一种能够吸收所有光，同时足够耐用以在一般环境中使用的材料。因此，2019 年，连同 QST回旋加速器和化学蚀刻来创建光限制结构，我们开发了“终极暗片”，它可以吸收从紫外线到可见光到红外线整个光谱中995％以上的光（2019 年 4 月 24 日 AIST/QST 新闻公告）。通过扩大这项技术的应用，我们的目标是开发一种吸收999%以上可见光的“至尊暗片”。

这项研究得到了日本学术振兴会科学研究资助金 (JP21H03753) 和东京大学工学院核能系推动的国家量子与放射线科学技术研究所设施利用协作研究系统的部分支持。

所谓的“暗片”吸收光空心黑体的原则如图 1 左侧所示，暗片是一种圆锥形孔状空心黑体，被制成微观尺寸，以形成光限制结构并铺展在表面上。进入光限制结构的光被墙壁多次吸收和反射，净反射率接近于零。原理很简单，但为了使净反射率远低于 01%，光学限制结构必须具有陡峭的坡度、锐利的边缘和纳米光滑的壁。使用传统的微加工技术很难制造这种结构，但我们已经使用回旋加速器的高能离子束解决了这个问题。CR-39树脂用离子束照射基材造成的损伤痕迹可以通过化学蚀刻放大为所需尺寸和形状的极其精确的锥形孔，并可以遍布基材表面（图1右①和②）。

以这种方式创建的细微凹凸被用作母版（模具），并将光限制结构转移到黑色树脂表面。通过这种方法，可以从母盘重复传输图像，从而可以进行大规模生产。传统的“终极暗片”是炭黑将光捕获结构转移到与颜料混合的硅橡胶上，在从紫外光到可见光再到红外光的整个范围内实现了995％以上的吸收率（反射率05％以下），并且对热红外线（波长8μm至15μm）实现了999％以上的世界最高吸收率。深色片材在2019年发布后获得了很大的反响，因为它可以在一般环境下使用，即使触摸也不会影响其性能。然而，在对黑体材料要求特别高的可见光范围内，暗片的反射率仍保持在03%至05%左右。

这次，我们发现迄今为止限制深色板材反射率降低的原因是炭黑颜料的散射。炭黑颗粒形成与可见光波长相同或更大的聚集体，使光更容易散射，导致部分散射光从光限制结构中逸出（图2）。因此，我们寻找一种不使用炭黑颜料的低散射黑色基材，并重点关注腰果油树脂，它也可以用作清漆的替代品。构成腰果油树脂的多酚与生漆的成分相似，通过与铁形成络合物，聚合物本身会变黑，无需添加颜料。因此，可知腰果油黑树脂膜的漫反射量(暗淡度)极低。当我们说“乌黑”时，我们通常指的是抛光至镜面的有光泽的黑色，但它也可以指暗度较少的“深黑色”。

这次我们还开发了一种技术，利用硅树脂模具（图1右侧③至④）扩大光限制结构（图1右侧⑤至⑥）的转移目标，因此适用于腰果油黑树脂。结果，镜面反射（眩光）和散射反射（暗淡）得到抑制，可见光反射率小于002%（光吸收率9998%以上，图3），比传统深色板材低一个数量级以上。这种“至暗片”深得可以看到激光笔发出的光消失（视频1），它成就了世界上最黑的可触摸材料（视频2）。

定向碳纳米管被认为是世界上最黑的材料，虽然已知可以吸收 999% 以上的光线（反射率低于 01%），但它很脆，触摸时其性能会受到损害。最近，受世界上最黑的鸟类和蝴蝶研究成果启发的仿生黑色材料技术，以及模仿蛾眼表面微小不规则性的蛾眼结构等纳米光学技术，都已为人所知，但尚未实现低于 01% 的反射率。目前市售的黑色涂料和多孔/凸起的黑色织物也是如此。

新开发的“至尊暗片”即使触摸也不会失去其性能，并且易于处理，并且可以轻松去除灰尘。没有其他黑体材料如此黑且如此有用。 “至高黑暗片”可以实现压倒性的黑色，即使在明亮的地方也会下沉，并防止背景反射，为视觉表达提供前所未有的对比度。

此外，还发现其他几种黑色基材具有不使用炭黑颜料的复合组合物并且具有低散射，尽管它们不如腰果油黑树脂。这种新型暗片技术的另一个特点是，根据所需的反射率和应用，有多种基材可供选择，并且可以创建光限制结构。

未来，我们将继续开展旨在开发特定用途和实际应用的研究。例如，根据许可协议，我们将技术转让给材料制造商。未来，它将有助于显着提高光控制和利用技术的性能，不仅适用于尽可能抑制光漫反射的专业应用，而且适用于日常情况。

已出版的杂志：科学进步
论文标题：抗反向散射矩阵上的防触摸微腔表面纹理实现最高黑色水平
作者：Kuniaki Amemiya、Yuhei Shimizu、Hiroshi Koshikawa、Hiroshi Shitomi、Tetsuya Yamaki
DOI：101126/sciadvade4853
*AIST负责样品制备、数据测量、实验数据分析和论文写作，QST负责样品制备和论文写作。

腰果油

从腰果壳中提取的多酚。主要成分腰果酚与生漆中的成分（漆酚）相似。用腰果油制成的油漆也可用作清漆的替代品。与漆不同，固化不需要高湿度，在空气中自然干燥。另外，也不会发生漆疹。[返回来源]

深色床单

AIST 开发的一种黑色片材的名称，可吸收所有光线且耐用。它的表面有许多微小的圆锥形空腔（光限制结构）。[返回来源]

离子束

由离子组成的光束，其能量已通过使用电磁力加速带电粒子的装置（加速器）增加。用于材料加工、改性、分析等。[返回来源]

散射反射

当光在粗糙表面或材料中的颜料颗粒上向各个方向散射时发生的反射。带来哑光、暗淡的质感。在各向同性散射的情况下，从任何方向都能感知到相同量的散射光。[返回来源]

镜面反射

在平面上以与入射角相等或相反的角度发生的强反射。它提供光泽和光泽，但如果光线较强，可能会引起眩光。[返回来源]

半球反射率

反射率是镜面反射率和散射反射率之和。为了检测光从几乎垂直的方向进入平面样品时发生的所有方向的反射，使用称为积分球的设备进行测量，该设备可以覆盖样品上方的整个半球。对于不透明样品，半球反射率和光吸收率之和恰好为 100%。[返回来源]

※科学进步杂志上发表的修改后的数字。知识共享许可（Attribution 40 International）

回旋加速器

加速器是一种利用电磁力加速离子和电子等带电粒子的装置。回旋加速器是一种大型装置，可以将离子加速到小型加速器无法获得的高能量。高能离子束可以深入地注入被照射的样品中（超过100μm）。[返回来源]

空心黑体

黑体，一种完全吸收所有光线的理想物体，在现实中并不存在，因此通过在大空腔中创建小孔而形成的黑体被称为空心黑体。当光线通过小孔进入腔体时，在内部反复反射的过程中被吸收和衰减，再次从小孔出来的概率变得极小。[返回来源]

CR-39树脂

由烯丙基二甘醇碳酸酯组成的具有三维网络结构的热固性聚合物。由于其高透明度和良好的光学性能，在工业上也用作眼镜镜片。优质CR-39树脂具有均匀各向同性、均质、无定形，具有较高的辐射敏感性（易受辐射损伤）。因此，离子束或带电粒子束照射造成的损伤痕迹被化学蚀刻成易于计数的清晰圆锥形孔，因此也用于监测α射线和中子束等辐射。[返回来源]

炭黑

碳微粒。通过碳氢化合物（油和气体）的不完全燃烧或热解获得。所谓的烟灰也是炭黑的一种。除了广泛用作着色用黑色颜料外，它还用于轮胎橡胶，因为与橡胶混合时可以增加强度。[返回来源]