Fizik

Karadelikten Daha Kara: Vantablack

Siyah renk aslında ışığın yokluğudur. Tanımı gereği siyah üzerine düşen ışığı hiç yansıtmayan bir yüzeydir ya da cisimdir. Ancak bu tanıma uyan hiçbir boya da yoktur. Daha doğrusu 2009 yılında Ulusal Fizik Laboratuvarı’nda (İngiltere) Vantablack üretimine kadar yoktu. Bilimsel doğruluk adına hemen ekleyelim ki aslında Vantablack bile gerçek anlamda siyah değil, üzerine düşen ışığın %0,035’ını yansıtıyor sadece. Bu bile onu sihirli bir madde yapmaya yetiyor.

Vantablack ile kaplanmış buruşuk bir aliminyum folyonun yüzeyindeki kırışıklıklar görünmez oluyor. Bir maskenin arkasında adeta uzay boşluğu varmış gibi görünüyor. Ama şimdilik Vantablack’ın ne olduğunu, nasıl geliştirildiğini, nasıl çalıştığını, ne işe yaradığını bir kenara bırakıp, “siyah nedir?” sorusuna odaklanalım.

Siyah Nedir?

Siyahın tanımını yapmak ne denli kolaysa, siyah bir cisim bulmak o kadar zordur. Tanım olarak siyahın “üzerine düşen ışığın tamamını absorbe eden bir yüzey ya da cisim” olduğunu söyleyebiliriz. Ancak böyle bir cisim olamaz. Nedeni gayet basit: Bir kara cisim, üzerine düşen ışığı emince ısınacak ve bu ısıyı çevresine ışınım olarak yayacaktır.

Kara Delikler Gerçek Siyah Cisim midir?

Peki ya kara delikler gerçek siyah cisim sayılamazlar mı? Karadelikler üzerlerine düşen her türlü ışınımı (enerjiyi) yüzde yüz soğururlar. Öte yandan kara delikler “kara” değillerdir, yani ışıma yaparlar. Hatta bu ışımanın bir adı bile vardır: Hawking Işıması…  Bu nedenle onları da gerçek siyah cisim sayamayız. (Az da olsa ışıma yaptıkları için.)

Uzay Boşluğu Gerçekten Siyah mıdır?

Bu sorunun cevabı da “hayır!” Ama neden? Uzay boşluğu hiçbir şey içermediğine göre siyah sayılması gerekmez mi? Ancak şunu biliyoruz ki, uzayın en boş bölgeleri bile aslında boş değildir, mikrodalga arka plan ışınımı denen zayıf bir ışıkla doludur.

Bizler günlük hayatta siyah olan ve sadece görünür ışığın tamamını soğuran bir maddeye de güle oynaya “siyah” diyebiliriz. Vantablack ve Süper Siyah adı verilen malzemelerle oldukça yüksek bir siyahlık oranı yakalanabilmiştir.

Nasıl Çalışıyor?

Vantablack, yakından bakılınca aslında kadifeye benziyor. Nano boyuttaki karbon tüplerinin dikey olarak bir yüzey üzerinde büyütülmesi ile elde ediliyor. Bu karbon tüp ormanı, üzerine düşen ışığı içerde hapsederek, soğurulana kadar kaçmasını engelliyor. Bunu bir yüzeye dikey olarak yerleştirilmiş yanyana borular olarak düşünebilirsiniz. Yüzey üzerine düşen ışık ışınları, boruların içinde absorbe olana kadar yansıyor. Zaten VANTA ismi de onun çalışma prensibinden yola çıkılarak verilmiş: Vertically Aligned Carbon Nanotube Arrays. Yani: Dikey Olarak Hizalanmış Karbon Nanotüp Dizileri.

Vantablack Özellikleri

Vantablack

Vantablack sadece görünen değil, kızılaltı ışınların da büyük bölümünü soğuruyor ki bu özelliği onun değerini daha da arttırıyor. Bu maddeyle kaplanmış bir yüzey nasıl görünür? Vantablack’la kaplanmış bir yüzey, neredeyse tamamen görünmez hale geliyor. Yüzeyin bütün ayrıntıları, kıvrımları, tepeleri vs. yok oluyor, bunların hiç birini göremiyorsunuz. Tek görebildiğiniz, siyah bir boşluk, o kadar. Adeta uzaya açılmış bir pencere gibi.

Bugüne kadar üretilmiş siyah boyalar arasında (ki bunlara matte boyaları ve süper black da dahil) Vantablack açık ara öne çıkmış durumda. Onunla karşılaştırıldığında diğer siyah boyalar gri gibi görünüyorlar. Çok güçlü bir ışıkla aydınlatıldığında bile siyahlıklarından pek bir şey kaybetmiyorlar.

Genellikle siyah bir cisme bakış açısı 180 dereceye yaklaştığında yansıtma özelliği artmaktadır. Bu yüzden yanlamasına tutulduğunda bütün cisimler ayna gibi parlaklaşmaya başlarlar. Bu oldukça iyi bilenen bir olgudur.

Hatta ultraviyole teleskoplar bu ilkeye göre yapılır. Bu tür teleskoplarda kullanılan aynalar derin parabollerdir. Ancak Vantablack’la kaplanan yüzeyler, dar açıdan bakıldıklarında bile soğurucu özelliklerini kaybetmez ve kaplandıkları yüzeyleri görünmez yaparlar. Vantablack’la kaplanmış bir cismi görmek, bir tür illüzyon hissi verir. Aslında orada olan bir şey olduğunu hissedersiniz ama o cismi göremezsiniz. Tek görebildiğiniz cismin konturudur.

Peki Vantablack’tan Daha Siyahı Mümkün mü?

Geçenlerde alınan bir habere göre MIT araştırmacıları en siyah boyayı ürettiklerini açıkladılar. Yeni boya, Vantablack’tan on kat daha siyah olduğu ölçülmüş. Yeni boya (ya da kaplama) klor kaplı alüminyum folyo üzerine dikey olarak yerleştirilmiş karbon nano tüplerinden (CNT) oluşuyor ve üzerine düşen ışığın %99,995’ini soğuruyor. Araştırmacılardan Prof. Brian Wardle‘ın söylediğine göre, bu oran Vantablack’tan on kat daha yüksek.

Yeni kaplama, alüminyumunun özellikleri üzerinde çalışırken tesadüfen keşfedildi. Normal şartlarda alüminyum üzerinde ince bir oksit tabakası oluşur ve bu da maddenin ısı ve elektrik iletkenliğini azaltır. Araştırmacılar oksit tabakasını yok etmek için oksijensiz ortamda alüminyum folyoyu klorla kapladılar ve üzerinde nano tüpler yetirtirdiler. Nano tüp kaplamasından önce bile oldukça siyah olan malzemenin, kaplamanın ardından daha da siyahlaştığını gören araştırmacılar, malzemenin soğurganlığını (siyahlığını) ölçmeye karar verdiler. Sonuç tam bir sürprizdi.

Üstelik bu yeni malzeme uzay teleskoplarında kullanmaya daha uygun; çünkü rastgele yerleştirilmiş bir nano tüp ormanına benzeyen ve oldukça kırılgan olan Vantablack kaplamanın aksine, yeni malzeme kaplaması diş fırçası kadar dayanıklı. Araştırmacılar daha siyah malzeme ve kaplama arayışının hiç bir zaman sona ermeyeceğini, ancak şimdilik en siyahın kendilerinin ki olduğunu söylüyorlar.

Siyah Boyalar Ne İşe yarar?

Müzelerde ilgi nesnesi olarak, ofis ve evlerde dekorasyon ve süsleme amaçlı kullanımın dışında Vantablack nerelerde kullanılabilir? Esasında bu soruya verilebilecek yanıtlar hayal gücümüzü bile aşmaktadır. Şimdilik aklımıza gelen bir kaçını sıralayalım:

1) Teleskoplarda: Teleskopların (özellikle de mikrodalga teleskoplarının) iç kısımları Vantablackla kaplandığında kaçak ışığın içeri girerek görüntüyü bozmasını engelleyecektir. Bu da çok ciddi bir performans artışı sağlar. Böylece en sönük yıldızları bile görmek mümkün olacaktır. Bildiğimiz kadarıyla Hubble uzay teleskopununun iç kısmı çok keskin bıçaklarla kaplanarak kaçak ışık sönümlendirilmeye çalışılmıştı. Vantablack bu işi daha iyi başaracak. Bildiğimiz kadarıyla Hubble’ın tamiratı sırasında bu bıçaklar astronotlar için tehlike oluşturmuşlardı.

2) Optik araçlarda: Birçok optik araç kaçak ışık denen ve görüntü kalitesin bozan bir sorunla yüz yüzedir. Vantablack kaplaması her türlü optik aletin verimini arttıracaktır.

3) Termal Kamuflajlarda: Vantablack kızılötesi ışınları da soğurduğundan termal kamuflaj malzemesi olarak kullanılmaya çok elverişlidir. Vantablack kaplı giysiler geceleri askerleri hem görünür ışık hem de kızılötesi ışık altında görünmez yapacaktır.

4) Sinema salonlarında: Bilindiği gibi sinema perdesinde siyah renk yoktur! Perdede gördüğümüz siyahlık bir illüzyondur. Bir oyuncunun siyah gömleği ekranda ne kadar büyük yer kaplıyorsa o kadar gri görünecektir. Bunun nedeni, projektörden çıkan ışınların sinema duvarlarından yansıyıp perdeyi aydınlatmasıdır. Büyük perdeli salonların tam olarak karartılamamasının nedeni de budur.

Oysa Vantablackla kaplanmış bir salonda ekran ne denli parlak olursa olsun, salon daima karanlık olacak, perdedeki siyahlık da gerçek siyaha yaklaşacaktır, böylece çok daha kontrastlı bir görüntü oluşturulabilecektir.

5) Güneş Kolektörlerinde: Bilindiği gibi çatılarda kullanılan ve güneş enerjisini doğrudan ısıya çeviren sıcak su kolektörlerinin verimli çalışabilmesi, ışığı soğuran malzemenin kalitesine bağlıdır. Bu tür kolektörler Vantablack’la kaplanarak güneş enerjisinden çok daha verimli yararlanmak mümkündür. Belki de kışın bile ısıtma yapabilen güneş enerjisi panelleri yapmak mümkün olacaktır.

6) Matte Ekranlarda: Bence kısa bir zaman içinde Vantablack ekranlar sinema ve video sektöründe arka planı yok etmek amaçlı kullanılan ve yeşil ekran denilen yüzeylerin yerini alacaktır. Gerçek anlamda siyah bir arka plana sinema sektöründe paha biçilemez. Mavi ya da yeşil ekranların sorunları vardır. Mavi ekran kullanıldığında artık o sahnede mavi renk kullanamazsınız, keza yeşil ekranda da öyledir. Bunların yerine Vantablack kullanıldığında sorun ortadan kalkacaktır.

Ayrıca Vantablack üzerine düşen ışığı tamamen soğurduğundan stüdyo ışıklarının matte üzerine düşmesi sorun yaratmayacaktır. Böylece arka planı çok daha mükemmel bir şekilde ayrılmış filmler çekmek mümkün olacaktır. Bence Vantablack’a en çok yatırım yapanlar film yapımcıları ve özel efekt şirketleri olacaktır.

7) Moda Sektöründe: Hangi kadın giyildiğinde derin uzay gibi görünen ve insanların gözünü alan bir elbiseye hayır diyebilir ki? Hele de o giysi yıldızlar ve galaksiler gibi parıldayan pırlantalarla kaplıysa.

8) Ev ve ofis dekorasyonu: Vantablack’la kaplanmış ofis heykelcikleri ilgi çekici olacaktır.

9) Biblolar, ödül heykelcikleri ve eşantiyonlar: Uzun uzun açıklamaya gerek yok, Vantablack’la kaplanmış bir heykelcik kimin hoşuna gitmez ki.

10) Müze ve Sergilerde ve Sanat Eserlerinde: Bilim ve sanat müzelerinde Vantablack’la kaplanmış araç gereç ve oyuncaklar herhalde en çok ilgi çekenler arasında olacaktır.

11) Askeri Uygulamalar: Generallerin hayal gücü kıttır ama iş silah yapımına gelince, doğrusu hepimize nal toplatırlar. Gelecekte silah ve askeri malzemelerin yapımından Vantablack’ı sıkça göreceğimizi tahmin ediyoruz.
Şimdilik aklımıza gelen kullanımlar bunlar. Ancak kabul edelim ki aklımıza gelmeyen daha birçok yerde kendisine kullanım alanı bulacağı kesindir.

Vantablack’ın patent sahiplerine milyarlarca dolar kazandıracağı kesin gibidir. Bu da yüksek teknolojiye yapılan Ar-Ge yatırımlarının geri dönüşünün ne kadar yüksek olabileceğini bize gösteriyor. “Avrupa, Amerika battı” diyenler, bu örnek üzerinde düşünmelidir. Yüksek teknolojiye dayalı, yükte hafif pahada ağır buluşlar ağır sanayi ve inşaat gibi sektörlerden çok daha karlıdır. Yüksek teknolojide öncülüğün ne kadar önemli olduğunu sadece Vantablack örneğine bakarak kavrayabiliriz.

Not: Yazarımızın Beyin Kırıcı adlı romanını aşağıdaki linkten satın alarak kendisine destek vermeyi düşünebilirsiniz. https://www.kitapyurdu.com/

Sinan İpek

SİNAN İPEK

Yazar, çizer, düşünür, öğrenir ve öğretmeye çalışır. Temel ilgi alanı Bilimkurgu yazarlığıdır. Bunun dışında Matematik, bilim, teknoloji, Astronomi, Fizik, Suluboya Resim, sanat, Edebiyat gibi konulara ilgisi vardır. Ara sıra sentezlediklerini yazı halinde evrene yollar. ODTÜ Matematik Bölümü mezunudur ve aşağıdaki başarılarıyla gurur duyar:TBD Bilimkurgu Öykü yarışmasında iki kez birincilik, 2. Engelliler Öykü yarışmasında birincilik, Ya Sonra Öykü Yarışması'nda finalist, Mimarlık Öyküleri Yarışması'nda finalist, 44. Antalya Altın Portakal Belgesel Film Yarışmasında finalist. Ithaki yayınları Pangea serisinin 5. üyesi "Beyin Kırıcı" adlı bir romanı var. https://www.ilknokta.com/sinan-ipek/beyin-kirici.htm

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu