在去年9月的法兰克福车展上，宝马首秀了VBX6，外部涂装了Vantablack VBx2，也因此成为了全世界最黑的车，平时经常会聊到这辆车，今天就来好好说一说。
能有多黑?
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喷涂之前是这个样，车身满满的细节，你可以很容易地看到在3D上的各种效果车身的线条、接缝等，以及各种反光带来的立体感。
可在这辆VBX6上，你几乎无法看到车外饰各处的细节，几乎没有任何反光。
这种效果的形成都要归功于一种新型材料—碳纳米管（CNT）。碳纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
由于具有独特的结构，为其带来了特殊的力学、电磁学和光学属性。2006年，英国国家物理实验室发现碳纳米管对于红外热检测应用而言似乎非常有前途并发表了一篇论文，之后也被用来设计制成检测设备。
图：圣巴巴拉红外（SBIR）和萨里纳米系统（SNS）合作的碳纳米管黑体源 来自萨里纳米系统2007年，美国国家航空航天局（NASA）天文学家使用的太空望远镜碰到了大麻烦：晕光。为了解决这个难题，研究人员在光学部件周围涂上名为Z306的黑色涂料能有效吸收光线，但结果还是不尽如人意，还需要发明出一种更黑的材料。很快科学家们发现，仅仅在材料的化学组成上做文章是没有意义的，传统的黑色涂料最多只能吸收90%的光线。之后转向了对微观结构的研究，他们找到了碳纳米管，最后做出了了这种近乎绝对的黑。图：六边形图案的Vantablack 来自萨里纳米系统通过化学气相沉积（CVD）工艺使碳纳米管在基板上“生长”出垂直森林，紧密排列。形成一种特殊的微观结构，放大来看就变成了下图：如果我们将森林调成黑白色调，是不是真的特别像。而当我们继续放大，换一个角度，基底上的碳纳米管是现在这样。当光照射到表面时，光子会在这些碳纳米管组成的“森林”里不断“迷路”，最终被捕获，无法反射出来。就像一个人在一片雨林里，没有任何方向的乱走，永远也走不出来一样，光也会如此。
涂上这种涂层的物体无法将光反射到我们的眼睛里，自然就是黑色了，而这种涂层的半球反射率低于1％，这使它在所有视角下均保持该性能水平，这样无论物体表面有任何棱角、凹陷等起伏的3维结构，都无法看出直接变成2维，外部轮廓以内的区域只有黑色。分别在凹凸两面涂上Vantablack的两个面具，当面对两个黑色时，根本无法观察出正反。从这一角度来说，这种绝对的黑其实也属于一种结构色，不过没有常见的那种五彩斑斓，而是像黑洞视界范围内的光都无法逃逸一样。这种材料对光的吸收率也只是高达99.965％，却没有黑洞那么恐怖。在宝马VBX6上使用的为VBx2，其中的每一个碳纳米管中长度为14至50微米，直径为20纳米，比人的头发细约5,000倍。每平方厘米中约有十亿个碳纳米管垂直排列。撞击此表面的任何光线几乎都被吸收而不是反射，并有效地转化为热量。其实涂装在宝马VBX6上的VBx2对光仍有百分之一的反射率，这可以为其提供一丝形状感。此外，哑光黑色表面与标志性的发光肾形格栅，大灯和窗户等细节之间的反差让一切都布置得非常漂亮。宝马设计师透露，他们通常更喜欢谈论轮廓和比例，而不是表面和线条。Vantablack VBx2涂层突出了汽车设计的这些基本方面，而不会受到光和反射的干扰。
不难理解，这种材料开发之初就是用作天文用途。Vantablack涂层能够抑制光学系统中的杂散光，并用于IR摄像机系统的黑体校准。由于这种涂料在各个角度都具有出色的吸光度，以及在红外光谱范围内的极高发射率，可以减小挡板或校准系统的尺寸和重量。Vantablack在2015年首次发射到近地轨道，使用在检测灾难卫星上，表现非常好。其红外优化版本Vantablack S-IR已经在国际空间站上使用，并且已经通过了黑体校准装置，复杂挡板和光谱仪的飞行认证。图：Antares NG10火箭 来自NASA/Patrick Black
这种材料的吸光性能优于使用在哈勃望远镜上的聚氨酯涂料AEROGLAZE Z306，未来也会用于更多航天仪器涂覆和组装零件。图：两者吸光性能对比 下层为AEROGLAZE Z306，上层为Vantablack汽车行业
可用于消除汽车光学传感器和显示器中不必要的杂散光和眩光，在极端照明条件下保持系统可用性和可靠性。能够防止驾驶员疲倦，分心或遮挡道路视线。应用于投影路径和内部挡板即可实现这些目标，而无需更改设备的设计。应用于LiDAR返回光学器件和外壳的Vantablack可吸收所有入射光，从而大大改善了日光系统的整体性能。当然作为外部涂层也可以，就像开头所说的宝马VBX6，Surrey NanoSystems也透露，他们在之前拒绝了各种汽车制造商的大量要求。而由于新款BMW X6具有选装的Iconic Glow肾形格栅，独特的双头灯和醒目的尾灯等设计亮点，提供了与众不同的对比，以抵消Vantablack VBx2油漆涂饰，可改变观看者对物体三维形状的视觉感知。BMW X6也成为了产品组合中最具挑战性和最贴切的车型。光学镜片系统
这种涂料适用于现代镜片组件中使用的塑料或金属镜片支架。其在宽光谱范围内的超低反射率是无与伦比的，确保几乎在任何光学系统中都能最佳地抑制杂散光。该涂层消除了杂散光导致的遮盖光斑，过度曝光和重影，从而利用传感器的整个动态范围绘制出对比度更高，质量更高的图像。除了在一些功能上的使用，很多也用来进行艺术创作或设计灵感的实现，比如用在手表、建筑、工艺品等等。
图：首次应用于消费产品– Lynx Black罐。目前以垂直碳纳米管结构为基础的黑色材料有Nano-Lab、surrey nanosystem两家公司，并且都与NASA有一定的合作，主要生产利用其对杂散光的极高吸收率光学组件。当然也与一些艺术家存在合作。很遗憾，我们现在仍然无法买到Vantablack喷漆的制品。如果你想得到一块这种材料，可以选择从surrey nano system公司所在的英国购买，下面是官网公布的几种样品的价格。世界最黑的物质？严格来讲不能这么说，碳纳米管并不是最黑的物质，Vantablack是利用碳纳米管的光学特性，结合特定工艺打造的产物，最终才成为了世界上最黑的材料。和很多航天材料一样，最初都是为航天需求所开发，但在成本降低、产量提升后还是进入了消费领域。Vantablack也可以是这样，最初是为了解决探测器的问题，现在虽没有真正量产，但已靠其本身性能作为广告的青睐，比如宝马VBX6就是为新款车型的预热，还有2018年无法在冬奥会上直接做广告的现代，以及现在越来越多使用这种材料的表盘。也许未来还会有更多的应用场景。新型材料的出现往往不会被直接应用在消费产品之中，其中的风险没人知道，但也总是有第一个吃螃蟹的人，他们依靠新型材料为自己的产品带来了新的特性、独特的话题性、甚至是大量的Money。其实科学家在对最黑材料的探索上不止如此，就当宝马VBX6在法兰克福车展上出彩的时候，麻省理工学院对外宣布，他们创造出一种比之前报道过的任何一款黑色材料都要再黑上 10 倍的材料，包括本文讲的Vantablack。他们试验在铝等导电材料的表面上生长碳纳米管的方法，以便提高材料的导电性能和热学性能，使碳纳米管在氯腐蚀过的铝箔表面上通过CVD生长，虽然基本原理大致相同，都是利用碳纳米管森林捕获光子，但它在各个角度至少能吸收 99.995% 的入射光，也就成为了有史以来最黑的材料。与这种最黑的材料相结合，设计而成的艺术品——“虚荣的救赎（the Redemption of Vanity）”也展览于纽约证券交易所中，或许这是世界上最黑的钻石。
图：“虚荣的救赎”展览 左：16.78克拉天然黄色钻石 右：被地球上最黑的黑色覆盖的钻石 来自MIT该项目的领导者Wardle表示，他们的研究团队通常不关注材料的光学特性，但这项工作是他们与艺术、科学和技术中心同时合作进行的。艺术总是会影响科学，跨界总是会带来些意想不到的收获。参考资料：
【1】https://www.surreynanosystems.com/home【2】Howard, Jacqueline (14 July2014). "This May Be The World's Darkest Material Yet". HuffingtonPost. Retrieved 19 July 2014.【3】知乎问题：有哪些看似 Ps 过，实则没有 Ps 过的照片？新发现的回答【4】麻省理工学院的工程师开发了迄今为止“最黑的黑色”材料-麻省理工学院新闻办公室【5】新型宝马X6作为壮观的表演车：世界上第一款Vantablack®车-宝马集团新闻中心CMF技能是未来设计行业核心竞争力，是将来工业设计师的必备技能。针对高校在校大学生咨询的各种问题，CMF设计军团筹建了CMF设计全国高校学习营，将于3月7日正式开课！家电、汽车、手机、消费电子、小家电，五大行业专家带领同学们深入了解各行业真实的CMF设计，让你更清楚行业正在发生的一切，限时拼团优惠中，详情如下：
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