Что общего у птиц и аэрокосмических инженеров? Оба изобрели невероятно темные «супер-черные» поверхности, которые поглощают почти каждый последний бит света, который поражает их.
Разумеется, ученые намеренно разрабатывали эти материалы. А эволюция принесла эту удивительную черту птицам.
Это блистательные птицы, урожденные в Папуа-Новой Гвинее и прилегающих районах. Самцы блестяще окрашены, со сложными брачными танцами. Самки, которые являются серыми и коричневыми, тщательно проверяют украшения и танцы мужчин перед тем, как выбрать своего.
Мы хотели узнать больше о супер-черном оперении этих птиц и о том, как это работает. Какой механизм используют эти перья настолько эффективно для поглощения света?
Самые модные перья под микроскопом
Райские птицы развили много замечательных черт, но не ничего более таинственного, чем бархатистое черное оперение самцов.
Этот черный настолько темный, что ваши глаза не могут сосредоточиться на его поверхности; это похоже на пещеру или нечеткую черную дыру в космосе. Используя оптические измерения, мы обнаружили, что эти перовые пятна поглощают до 99,95 процента непосредственно падающего света. Это сопоставимо с очень чёрными материалами, такими как солнечные панели, прокладка космических телескопов и даже самый черный черный материал: Vantablack, поглощающий 99,96 процента света.
Обычные перья плоские и выглядят как фракталы; когда вы увеличиваете масштаб с помощью микроскопа, каждая ветвь пера выглядит как крошечное плоское перо. Под мощным сканирующим электронным микроскопом мы были удивлены, увидев, что суперчерные перья выглядят как миниатюрные коралловые рифы, кисти или деревья с плотно упакованными листьями.
Эти крошечные, специально сформированные биты торчат вверх, образуя зубчатую, сложную поверхность; вместе они действуют как микроскопические ловушки света. Когда световые лучи ударяют по этим поверхностным микроструктурам, они неоднократно рассеиваются вокруг фигур и поглощаются, а не отражаются обратно на наблюдателя. Это итеративный процесс: каждый раз, когда происходит событие рассеяния, часть света поглощается до тех пор, пока он почти полностью не поглощается.
Искусственные сверхтяжелые материалы, такие как « черный кремний », также зависят от материалов, которые ученые называют структурным поглощением. Как и суперчерные перья, их микроскопические « ловушки света » обусловлены шероховатой поверхностью, которая рассеивает свет несколько раз, но фактические формы поверхности, которые они используют, различны. Вместо того, чтобы формы бутылочек с перьями, человеческие инженеры разрабатывали регулярно расположенные микроскопические конусы и ямы. С почти без открытой плоской поверхностью эти структурно черные материалы противоположны зеркалу.
Суперчерные перья «Птицы рая» настолько хороши в поглощении света, что даже когда мы покрывали их золотом, блестящим металлом, они все еще выглядели черными. Это потому, что супер-черный происходит из-за физической структуры поверхности. Эволюция и человеческая изобретательность пришли к такому же решению.