2008年，美国赖斯大学的研究人员宣布制造出当时世界上最黑的材料，这种由垂直排列的碳纳米管构成的薄膜能吸收99.9%的入射光，将黑色物质的光吸收极限推至新高度。该成果发表于国际顶级纳米期刊《纳米快报》（Nano Letters），并一度申报吉尼斯世界纪录。

　　1月15日，美国赖斯大学的阿加延(右)手持一块世界上最黑的材料，他的同行慈立杰(左)在旁边看着。他们研制的这种最黑的材料对光的吸收达到99.9%。

这种超黑材料的核心是碳纳米管阵列。碳纳米管本身具有良好的光吸收能力，而研究人员让碳纳米管一端直立排列，形成类似草丛的微观结构。这种排列使得纳米管之间的微小间隙能够捕获光线，同时表面凹凸不平进一步降低了反射率。莱塞拉尔理工学院物理学教授林肖毓（音译）指出：“这种纳米管排列不仅使光发射率下降，而且还能更好地吸收光。”当时的测试显示，该材料的总反射指数仅为0.045%，比作为美国国家标准与技术研究院基准的碳物质黑近30倍，比镍磷合金黑3倍。

　　三种材料对比：美国国家标志与技术研究所的反射标准样品(左)，新研制的最黑的材料样品(中)，一片玻璃碳(右)

 

新研制出的最黑材料放大2500倍的图像

尽管2008年的研究创下了当时的世界纪录，但此后“最黑材料”的纪录被多次刷新。2014年，英国Surrey NanoSystems公司推出Vantablack，一种由垂直排列碳纳米管阵列组成的超黑涂料，吸收率达99.965%。2019年，麻省理工学院的研究团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》上报道了一种由碳纳米管阵列制成的超黑材料，吸收率高达99.995%，几乎将所有入射光吞噬。这些材料的原理与2008年的工作一脉相承：通过碳纳米管阵列的结构和表面粗糙度，使光线在纳米级沟槽内多次反射直至被完全吸收。

超黑材料的应用前景十分广阔。在太阳能利用领域，它们可以几乎完全吸收阳光，大幅提高光电转换效率；在红外探测和天文观测中，超黑涂层能减少杂散光，提高仪器灵敏度；在国防领域，它们还可用于隐形技术，吸收雷达波和红外辐射。阿加延（Pulickel Ajayan）当时就指出：“如果你能制造阻滞这些辐射的材料，它将能被广泛应用到隐形技术和国防领域。”近年来，相关研究仍在持续推进，超黑材料正逐步从实验室走向实际应用。

从2008年的99.9%到如今的99.995%，碳纳米管超黑材料展现了纳米结构调控光学的巨大潜力。未来，随着制备工艺的改进和成本降低，这类材料有望在更多领域发挥不可替代的作用。