اقترح فريق بحث علمي صيني مؤخرًا حلاً جديدًا لطلاء السيارات يمزج بين تكنولوجيا النانو والأصباغ التقليدية، والذي من المتوقع أن يحقق مظهرًا "أسودًا متطرفًا" قريبًا من "الثقب الأسود" في النماذج ذات الإنتاج الضخم. يجمع هذا الطلاء الهجين الجديد بين طلاء أسود للغاية من أنابيب الكربون النانوية المحاذية رأسياً (VACNT) مع عملية رش صبغة الكربون السوداء التقليدية القائمة على الماء. إنه يحسن بشكل كبير متانة الطلاء وقابليته للرش الصناعي مع الحفاظ على قدرات امتصاص الضوء العالية جدًا. يصل معدل امتصاص الطلاء في نطاق الضوء المرئي إلى 99.90%، وهو بالكاد يعكس أي ضوء، مما يخلق تأثير غمر بصري قوي.
وراء هذه التكنولوجيا هو الطلب المتزايد بسرعة على طلاء السيارات السوداء في سوق السيارات الصينية. وفي الماضي، كان اللون الأبيض يمثل نحو ثلثي سوق السيارات الجديدة في الصين، ولكن الآن قفز اللون الأسود إلى ما يقرب من الربع. ومن المتوقع أن يتم طرح حوالي 7.5 مليون سيارة سوداء جديدة على الطرق في الصين هذا العام، وهو ما يزيد حتى عن الأسواق الرئيسية في أوروبا وأمريكا الشمالية مجتمعة. في أذهان المستهلكين، أصبح اللون الأسود الداكن رمزًا للمكانة والرفاهية، وتتحول تفضيلات السوق من "أي لون سيفي بالغرض، طالما أنه أبيض" إلى "كلما كان أغمق، كان ذلك أفضل".
في وقت مبكر من عام 2019، استخدمت BMW طلاءًا نانوًا "أسودًا فائقًا" على سيارة مفهوم X6، والتي كانت تسمى "السيارة الأكثر سوادًا في العالم" في ذلك الوقت. مبدأها الأساسي هو احتجاز الضوء الساقط في البنية المسامية من خلال بناء "غابة نانوية" مكونة من أنابيب الكربون النانوية على السطح، وبالتالي تحقيق امتصاص 98% إلى 99.9% من الضوء عبر نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء البعيدة. ومع ذلك، فإن هذا النوع من الطلاء له عمليات معقدة، وتكاليف عالية، وخصائص ميكانيكية هشة. لقد كان من الصعب تلبية متطلبات المركبات ذات الإنتاج الضخم من حيث الرش ومقاومة الطقس ومقاومة التآكل.
ينصب تركيز الطلاء الهجين شديد السواد الذي طوره الفريق الصيني هذه المرة على تقديم أصباغ الكربون الأسود التقليدية مع الاحتفاظ أو حتى تعزيز تأثير "مصيدة الضوء" لمجموعة الأنابيب النانوية. جعل الباحثون جزيئات صبغة أسود الكربون تترتب تلقائيًا على طول مجموعة أنابيب الكربون النانوية لتشكل سطحًا خشنًا يتكون من "قمم ووديان" مجهرية. يمكن لهذا الهيكل أيضًا أن ينثر ويحتجز الضوء الساقط عدة مرات، مما يجعل معدل الامتصاص الإجمالي للطلاء في منطقة الضوء المرئي يتجاوز 99%. بالمقارنة مع طلاءات الأنابيب النانوية النقية الهشة السابقة، تعمل هذه المادة الهجينة على تحسين القوة الميكانيكية وخصائص الالتصاق بشكل كبير، وهي أقرب إلى متطلبات صناعة السيارات لطلاءات الإنتاج الضخم.
وقال ليو تشي وي، الباحث الكيميائي من فريق تكنولوجيا الألوان في مركز البحث والتطوير الأساسي لمجموعة Nippon Paint Group في شنغهاي، إن لون الجسم في السوق الصينية أصبح أحد نقاط البيع الرئيسية. لطالما كان طلاء السيارات باللون الأسود العميق هو اللون الأيقوني للسيارات الفاخرة ويفضل على نطاق واسع لمظهره الأنيق وتأثيره البصري القوي ومزاجه الفاخر. وأشار إلى أن مصنعي السيارات يبحثون بنشاط عن حلول الطلاء باللون الأسود للغاية التي يمكن إنتاجها بكميات كبيرة وتتميز بالسواد الشديد لتعزيز صورة علامتهم التجارية في المنافسة الشرسة.
فيما يتعلق بتكييف العملية، فإن أحد أبرز ميزات هذا الطلاء الهجين الجديد هو أنه يمكن تطبيقه من خلال خط إنتاج رش السيارات التقليدي دون الحاجة إلى إعادة بناء عملية الطلاء الحالية بالكامل. وفي الاختبارات التي تم تعريضها لبيئات رطبة وعالية الرطوبة، وجد فريق البحث أن الطلاء كان أداؤه جيدًا من حيث الثبات على المدى الطويل واجتاز الاختبارات الرئيسية مثل الرطوبة ومقاومة الماء والالتصاق، مما أظهر إمكانية جيدة للتطبيق الصناعي. أكمل فريق شنغهاي عرض الطلاء بالرش على نموذج سيارة. يتميز جسم السيارة بلون أسود عميق غير عاكس تقريبًا، كما أن تفاصيل السطح المنحني لجسم السيارة تكون غير مرئية تقريبًا تحت الضوء.
من وجهة نظر المبادئ التقنية، فإن طلاء مجموعة أنابيب الكربون النانوية (VACNT) المحاذية رأسيًا هو في حد ذاته أحد أكثر المواد "السواد" المعروفة لدى المجتمع العلمي. هيكلها الأنبوبي النانوي متعامد مع سطح الركيزة، مما يشكل مسامية عالية للغاية وقنوات متناثرة متعددة. بعد دخول الضوء الساقط إلى "غابة النانو"، يتم تشتيته وامتصاصه بشكل مستمر، مما يجعل من الصعب للغاية الهروب، وبالتالي تحقيق امتصاص عالي للغاية للضوء. في وقت مبكر من عام 2014، اجتذبت تقنية Vantablack، التي طورتها شركة Surrey NanoSystems البريطانية، اهتمامًا واسع النطاق بناءً على مبادئ مماثلة وتم تطبيقها في مجالات مثل الفن والانقراض الداخلي للتلسكوبات الفضائية.
ومع ذلك، عندما يتعلق الأمر بسيناريوهات التطبيقات الصعبة مثل السيارات، فإن كيفية موازنة الأداء البصري النهائي مع الأداء الميكانيكي وأداء العمليات كانت دائمًا أكبر مشكلة في التنفيذ الهندسي. يعمل حل الأنابيب النانوية الكربونية السوداء والكربونية (CB-CNT) الذي اقترحه الفريق الصيني هذه المرة على تحقيق التآزر بين نوعي المواد الكربونية على المستوى الجزئي. إنها لا تستفيد فقط من القدرة الفائقة على امتصاص الضوء لمجموعة الأنابيب النانوية، ولكنها تعتمد أيضًا على مسار العملية الناضجة والقوة الفيزيائية لنظام أسود الكربون التقليدي، مما يوفر إمكانية الإنتاج الضخم على نطاق واسع.
وقال الباحثون أيضًا إنه من المتوقع في المستقبل أن يقوموا بإدخال تقنية معامل الانكسار المتدرج (GRIT) في هذا النظام الهجين، أي بناء هيكل مع تغيير معامل الانكسار تدريجيًا من الأعلى إلى الأسفل داخل الطلاء لتقليل انعكاس السطح بشكل أكبر والسماح للضوء "بأن لا يكون له مكان للهروب" بعد دخول الطلاء. في مجال المواد شديدة السواد، اقتربت بعض أحدث الإنجازات من ما يسمى بمستوى الامتصاص "التسعات الأربع" (99.99%)، ولكن في هذا النطاق الشديد، تمثل كيفية قياسه بدقة تحديًا في حد ذاته.
تم نشر النتائج ذات الصلة في المجلة الأكاديمية "Matter & Light" وتم إصدارها من خلال Cell Press وEurekAlert. يعتقد مراقبو الصناعة أنه مع استمرار نمو الطلب على الطرازات السوداء الفاخرة في السوق المحلية الصينية، بمجرد طرح هذا النوع من الطلاء الأسود للغاية مع إمكانية الإنتاج الضخم بالفعل في مصنعي المعدات الأصلية، فمن المتوقع أن يجلب تركيزًا تنافسيًا جديدًا في أبعاد متعددة مثل التصميم المرئي، والتعرف على العلامة التجارية، والحصر الوظيفي. قد لا يزال من الصعب تحديد ما إذا كان يمكنها حقًا الفوز بلقب "طلاء السيارات الأكثر سوادًا في العالم" قبل التطوير الإضافي لتكنولوجيا القياس، ولكن من الواضح أن المنافسة الفنية والجمالية المحيطة بـ "الأسود الشديد" قد بدأت في السوق الصينية.