นักวิจัยพัฒนา "ผ้าสีดำมืดที่สุดเท่าที่เคยสร้าง" ดูดซับแสงเกือบทั้งหมด แรงบันดาลใจจากนกปักษาสวรรค์
วันที่ 8 ธันวาคมที่ผ่านมา ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ (Cornell University) สหรัฐอเมริกา ประสบความสำเร็จในการพัฒนาสิ่งทอ "อัลตราแบล็ก" (Ultrablack) ผ้าที่มืดที่สุดในโลก ผ้าชนิดนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากขนนกของปักษาสวรรค์ โดยมีความสามารถในการสะท้อนแสงที่มองเห็นได้โดยเฉลี่ยเพียง 0.13% เท่านั้น ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์มาตรฐานของวัสดุที่ถูกเรียกว่า "อัลตราแบล็ก" ที่มักจะสะท้อนแสงน้อยกว่า 0.5%
แรงบันดาลใจจากขนนกที่ดักจับแสง
นักวิจัยได้มองหาแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากนกปืนไรเฟิล (Magnificent riflebird หรือ Ptiloris magnificus ) ซึ่งเป็นนกในตระกูลปักษาสวรรค์ที่พบในออสเตรเลียและนิวกินี ขนสีดำเข้มของนกตัวผู้มีความโดดเด่นอย่างมาก โดยความดำพิเศษนี้เกิดจากการทำงานร่วมกันของเม็ดสีเมลานิน (Melanin) และโครงสร้างจุลภาคที่ช่วยดักจับแสงที่เข้ามา
อย่างไรก็ตาม วัสดุอัลตราแบล็กสังเคราะห์ที่เคยมีการสร้างเลียนแบบมาก่อนหน้านี้มักมีข้อจำกัด เช่น มีราคาแพง ต้องใช้เทคนิคขั้นสูงและสารพิษ และมักจะแข็งกระด้างไม่สบายตัว ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการสวมใส่ในชีวิตประจำวัน ทีมงานที่คอร์เนลล์จึงตั้งเป้าที่จะพัฒนาทางเลือกที่ดีกว่า
Cornell Lab of Ornithology
กระบวนการผลิตสองขั้นตอนที่เรียบง่าย
นักวิจัยได้คิดค้นกระบวนการผลิตที่มีเพียงสองส่วนที่ค่อนข้างง่ายและอ่อนโยน ซึ่งทำให้ได้ผ้าอัลตราแบล็กที่มีความยืดหยุ่นและระบายอากาศได้
1. เริ่มต้นด้วยการนำผ้าขนสัตว์เมอริโน (Merino wool) สีขาวไปจุ่มลงใน โพลีโดพามีน (Polydopamine) ซึ่งเป็นรูปแบบสังเคราะห์ของเม็ดสีเมลานิน การย้อมสีนี้จะซึมซับเข้าไปในแกนกลางของเส้นใย
2. หลังจากนั้นนำผ้าที่ย้อมสีแล้วไปผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "การกัดด้วยพลาสมา" (Plasma etching) ในห้องพลาสมา ขั้นตอนนี้จะกำจัดวัสดุพื้นผิวเล็กน้อย ทำให้เกิดโครงสร้างขนาดนาโนที่เรียกว่า นาโนไฟบริล (Nanofibrils) หรือหนามขนาดเล็กบนพื้นผิวของเส้นใย
โครงสร้างนาโนไฟบริลนี้เป็นกุญแจสำคัญในการดักจับแสง โดย ฮันซาดิ จายามาฮา ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวว่า แสงที่เข้ามาจะสะท้อนไปมาระหว่างไฟบริล แทนที่จะสะท้อนกลับออกไป ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดผลกระทบแบบอัลตราแบล็ก
คุณสมบัติที่โดดเด่นและสวมใส่ได้จริง
นอกเหนือจากความมืดแล้ว ผ้าชนิดใหม่นี้ยังแสดงให้เห็นถึงความสม่ำเสมอของสี การทดสอบแสดงให้เห็นว่า ผ้ายังคงเป็นสีดำมืดพิเศษเมื่อมองจากมุมที่หลากหลาย คงความมืดในช่วง 120 องศา ซึ่งเป็นจุดที่เหนือกว่าผ้าอัลตราแบล็กเชิงพาณิชย์อื่น ๆ ซึ่งแตกต่างจากขนนกไรเฟิลเบิร์ดเองที่อาจดูเงาขึ้นเมื่อมองจากมุมด้านข้าง
วัสดุใหม่นี้ยังคงความรู้สึกนุ่ม ยืดหยุ่น และสามารถสวมใส่ได้จริง ต่างจากวัสดุอัลตราแบล็กในอดีตที่มักเป็นโครงสร้างแข็งเช่นท่อนาโนคาร์บอน ลาริสซา เชพเพิร์ด ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวว่า "จากมุมมองด้านการออกแบบ...มันน่าตื่นเต้น เพราะวัสดุอัลตราแบล็กส่วนใหญ่ที่มีอยู่ไม่สามารถสวมใส่ได้จริงเท่าของเรา"
การประยุกต์ใช้ในอนาคต
กระบวนการนี้สามารถใช้ได้กับเส้นใยธรรมชาติอื่น ๆ เช่น ฝ้ายและผ้าไหม นักวิจัยหวังว่าจะได้รับการจดสิทธิบัตรสำหรับแนวคิดนี้
วงการแฟชั่น ผ้าดังกล่าวได้ถูกนำไปใช้ในการออกแบบชุดราตรีเกาะอกโดย โซอี้ อัลวาเรซ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของชุด และยังสามารถนำไปใช้กับเสื้อผ้าประเภทอื่น ๆ ที่ต้องการความรู้สึกเหมือน "เงาดำบริสุทธิ์" แต่ยังคงความสบาย
Cornell University
วงการเทคโนโลยี วัสดุนี้สามารถเป็นประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ที่ไวต่อแสง การพรางตัวที่ควบคุมอุณหภูมิ (Thermo-regulated camouflage clothing)
วงการออปติคอลและวิทยาศาสตร์ สามารถช่วยกำจัดแสงสะท้อนที่ไม่ต้องการในเซ็นเซอร์เชิงแสง ปรับปรุงความแม่นยำของเครื่องมือวิทยาศาสตร์ และลดแสงรบกวนในกล้องและแผงภายในของกล้องโทรทรรศน์
และพลังงานแสงอาทิตย์ สีดำที่ลึกสามารถเพิ่มการดูดซับความร้อนในระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟและเครื่องทำความร้อนได้
นักวิจัยเน้นย้ำว่า การเลียนแบบรูปแบบวิวัฒนาการที่มีประสิทธิภาพในธรรมชาติสามารถนำไปสู่นวัตกรรมที่เป็นประโยชน์ที่ผสมผสานประสิทธิภาพและความยั่งยืนได้
ทีมนักวิจัยกล่าวเสริมว่า หากเปรียบเทียบเพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น หากวัสดุสีดำทั่วไปเปรียบเหมือนผนังทึบที่แสงยังพอสะท้อนกลับมาได้เล็กน้อย ผ้าอัลตราแบล็กนี้ก็เหมือนกับ "บ่อน้ำเชิงแสง" (Pptical well) ที่แสงตกลงไปแล้วไม่สามารถหลุดรอดกลับออกมาได้เลย
Tag
ยอดนิยมในตอนนี้