أعطى طائر الجنة للمهندسين فكرة القماش الأكثر سوادًا

يتمتع اللون Ultrablack – الذي يُعرف بأنه يعكس أقل من 0.5% من الضوء الساقط – بمجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الكاميرات والألواح الشمسية وحتى التلسكوبات. ومع ذلك، فمن الصعب إنتاجه وقد لا يظهر باللون الأسود بزاوية ما.

مهندسي المواد من جامعة كورنيل طور طريقة بسيطة للحصول على هذا الظل المراوغ الذي تم وصفه في المجلة اتصالات الطبيعة.

مستوحاة من الطبيعة، وتحديداً الريش الأسود الغني طائر الجنة الرائع الحامل للدرع Ptiloris magnificusقام باحثون من مختبر تصميم الملابس التكيفية (RAD) التابع لكلية البيئة البشرية بصبغ نسيج محبوك من صوف ميرينو الأبيض بالبوليدوبامين ثم عالجوا المادة في غرفة البلازما. ونتيجة لذلك، تشكلت هياكل مجهرية تشبه الإبرة النانوية على السطح. إنها تحاكي خصائص امتصاص الضوء لريش طائر الجنة شديد السواد، والذي يمتص معظم الضوء الذي يضربه.

أنتجت الطريقة المكونة من خطوتين القماش الأكثر سوادًا المعروف حتى الآن. إنه سهل التصنيع، وسهل القياس، ويمكن ارتداؤه، ولا يتغير اللون حسب زاوية الرؤية. وتقدم الباحثون بطلب للحصول على براءة اختراع ويخططون لإنشاء شركة لتنفيذ هذه العملية، والتي تنطبق على المواد الطبيعية مثل الصوف والحرير والقطن.

تقول لاريسا شيبرد، مديرة مختبر RAD، التي قادت البحث: “من وجهة نظر التصميم، هذا أمر مثير لأن المواد شديدة السواد الموجودة غالبًا ما لا تكون قابلة للارتداء مثل المواد التي لدينا. بالإضافة إلى ذلك، تظل مادتنا شديدة السواد حتى في الزوايا العالية”.

الإلهام من الطبيعة والعملية التقنية

في العمل، قام الباحثون بتحليل ريش طائر الجنة الذي قدمه زملاء من مختبر كورنيل لعلم الطيور. يرجع اللون الأسود الجذري لـ P. magnificus إلى مزيج من الميلانين وأسيلات الريش المتجمعة بكثافة، والتي توجه الضوء إلى الداخل، وتمتصه بالكامل تقريبًا. وهذا يجعل الطائر أسود اللون بشكل لا يصدق، ولكن فقط عند رؤيته مباشرة؛ عند زاوية ما، يبدو ريشها لامعًا. تم العثور على تلوين مماثل في مخلوقات أخرى، بما في ذلك الأسماك والفراشات.

اختار مؤلفو التطوير كصبغة بوليدوبامين.

يوضح شيبرد: “البوليدوبامين عبارة عن ميلانين صناعي، وهذه المخلوقات تحتوي على الميلانين. وفي الوقت نفسه، تمتلك طائر المغردة أيضًا هياكل هرمية مثيرة للاهتمام – الأشواك – جنبًا إلى جنب مع الميلانين. أردنا دمج هذه الجوانب في المنسوجات”.

إن مجرد تغطية سطح الصوف لم يكن كافيًا: كان من الضروري أن يتغلغل البوليدوبامين في ألياف القماش، ويلون كل جزيئة منه. وهذا أمر مهم لأن النقش بالبلازما يزيل بعض المواد من سطح الألياف الخارجية، تاركًا وراءه زغابات نانوية تشبه الإبرة، وهي مكون رئيسي.

يقول المؤلف المشارك في الدراسة هانسادي جاياماها من RAD Lab: “يرتد الضوء بشكل أساسي ذهابًا وإيابًا بين الألياف بدلاً من الخروج، مما يعزز التأثير الأسود للغاية”.

الخصائص والتطبيقات المحتملة

أظهر التحليل أن النسيج الذي تم تطويره كان لديه متوسط ​​انعكاس إجمالي يبلغ 0.13% فقط، مما يجعله الأكثر سوادًا الموثق. بالإضافة إلى ذلك، فهي تحافظ على اللون الأسود للغاية على نطاق زاوي يبلغ 120 درجة، مما يعني أنها تبدو كما هي سواء تم عرضها مباشرة أو بزاوية تصل إلى 60 درجة، متفوقة على نظيراتها التجارية الحالية.

نظرًا لامتصاصه الفعال للضوء، فإن النسيج شديد السواد لديه إمكانات كبيرة لتطبيقات مختلفة باستخدام هذه الخاصية، كما يقترح كيوين بارك، وهو مؤلف مشارك آخر: “يمكن استخدامه للتمويه الذي ينظم درجة الحرارة، على سبيل المثال”.