Китайская научно-исследовательская группа недавно предложила новое решение для автомобильного покрытия, в котором сочетаются нанотехнологии и традиционные пигменты, которое, как ожидается, позволит достичь «чрезвычайно черного» внешнего вида, близкого к «черной дыре» на серийных моделях. Это новое гибридное покрытие сочетает в себе ультра-черное покрытие из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (VACNT) с традиционным процессом распыления пигмента сажи на водной основе. Это значительно повышает долговечность и возможность промышленного распыления покрытия, сохраняя при этом сверхвысокую светопоглощающую способность. Степень поглощения покрытия в видимом диапазоне света достигает 99,90%, и оно почти не отражает свет, создавая сильный визуальный эффект погружения.

За этой технологией стоит быстро растущий спрос на черную автомобильную краску на китайском автомобильном рынке. Раньше на долю белых автомобилей приходилось около двух третей китайского рынка новых автомобилей, но теперь доля черных выросла почти до четверти. Ожидается, что в этом году на дороги Китая выйдут около 7,5 миллионов новых черных автомобилей, что даже больше, чем на основных рынках Европы и Северной Америки вместе взятых. В сознании потребителей глубокий черный стал символом статуса и роскоши, а предпочтения рынка смещаются от «подойдет любой цвет, лишь бы он был белым» к «чем темнее, тем лучше».

Еще в 2019 году BMW использовала наноразмерное «суперчерное» покрытие на концепт-каре X6, который в то время назывался «самым черным автомобилем в мире». Его основной принцип заключается в улавливании падающего света в пористой структуре путем создания на поверхности «нанолеса», состоящего из углеродных нанотрубок, тем самым достигая поглощения от 98% до 99,9% света в ультрафиолетовом, видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. Однако этот тип покрытия имеет сложную технологию, высокую стоимость и хрупкие механические свойства. Было трудно удовлетворить требования серийных автомобилей с точки зрения распыления, устойчивости к атмосферным воздействиям и износостойкости.

В гибридном ультра-черном покрытии, разработанном китайской командой на этот раз, основное внимание уделяется внедрению традиционных пигментов сажи, сохраняя или даже усиливая эффект «световой ловушки» массива нанотрубок. Исследователи заставили частицы пигмента сажи самопроизвольно располагаться вдоль массива углеродных нанотрубок, образуя шероховатую поверхность, состоящую из микроскопических «выступов и впадин». Эта структура также может многократно рассеивать и улавливать падающий свет, в результате чего общий коэффициент поглощения покрытия в области видимого света превышает 99%. По сравнению с предыдущими хрупкими покрытиями из чистых нанотрубок этот гибридный материал значительно улучшает механическую прочность и адгезионные свойства и приближается к требованиям автомобильной промышленности к покрытиям массового производства.

Лю Чивэй, химический исследователь из группы цветовых технологий главного научно-исследовательского центра Nippon Paint Group в Шанхае, сказал, что на китайском рынке цвет кузова стал одним из ключевых аргументов в пользу продажи. Глубокий черный автомобильный цвет уже давно стал культовым цветом роскошных автомобилей и пользуется широкой популярностью благодаря своему элегантному внешнему виду, сильному визуальному воздействию и роскошному темпераменту. Он отметил, что производители автомобилей активно ищут решения для ультрачерных покрытий, которые можно было бы производить серийно и которые имели бы исключительную черноту, чтобы укрепить имидж своего бренда в условиях жесткой конкуренции.

С точки зрения адаптации процесса, одним из преимуществ этого нового гибридного покрытия является то, что его можно наносить с помощью традиционной автомобильной линии распыления без необходимости полной реконструкции существующего процесса нанесения покрытия. В ходе испытаний, подверженных влиянию влаги и окружающей среды с высокой влажностью, исследовательская группа обнаружила, что покрытие хорошо показало себя с точки зрения долгосрочной стабильности и выдержало ключевые испытания, такие как влажность, водостойкость и адгезия, демонстрируя хороший потенциал для промышленного применения. Команда из Шанхая завершила демонстрацию окраски распылением модели автомобиля. Кузов автомобиля имеет глубокий черный цвет, практически не отражающий блики, а детали изогнутой поверхности кузова почти невидимы на свету.

С точки зрения технических принципов покрытие из массива вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (VACNT) само по себе является одним из самых «черных» материалов, известных научному сообществу. Его наноразмерная трубчатая структура перпендикулярна поверхности подложки, образуя чрезвычайно высокую пористость и каналы многократного рассеяния. После того, как падающий свет попадает в «нанолес», он непрерывно рассеивается и поглощается, что чрезвычайно затрудняет его выход, обеспечивая тем самым чрезвычайно высокое светопоглощение. Еще в 2014 году Vantablack, разработанный британской компанией Surrey NanoSystems, привлек широкое внимание и основан на аналогичных принципах и нашел применение в таких областях, как искусство и внутреннее угасание космических телескопов.

Однако когда дело доходит до требовательных сценариев применения, таких как автомобили, то, как сбалансировать максимальные оптические характеристики с механическими и технологическими характеристиками, всегда было самой большой проблемой при инженерной реализации. Гибридное решение из сажи и углеродных нанотрубок (CB-CNT), предложенное китайской командой, на этот раз объединяет два типа углеродных материалов на микроуровне. Он не только использует преимущества сверхсветопоглощающей способности массива нанотрубок, но также опирается на отработанный технологический маршрут и физическую прочность традиционной системы технического углерода, обеспечивая возможность крупномасштабного массового производства.

Исследователи также заявили, что в будущем они, как ожидается, будут и дальше внедрять в эту гибридную систему технологию градиентного показателя преломления (GRIT), то есть создавать структуру с постепенно меняющимся показателем преломления сверху вниз внутри покрытия, чтобы еще больше уменьшить поверхностное отражение и позволить свету «некуда выходить» после попадания в покрытие. В области ультрачерных материалов некоторые из последних достижений приблизились к так называемому уровню поглощения «четырех девяток» (99,99%), но в этом крайнем диапазоне то, как его точно измерить, само по себе является сложной задачей.

Соответствующие результаты были опубликованы в академическом журнале «Matter & Light» и опубликованы через Cell Press и EurekAlert. Отраслевые обозреватели полагают, что, поскольку спрос на черные модели высокого класса на местном рынке Китая продолжает расти, как только этот тип ультра-черного покрытия с возможностью массового производства действительно будет представлен OEM-производителям, ожидается, что он принесет новый конкурентный фокус в различных измерениях, таких как визуальный дизайн, узнаваемость бренда и функциональное матирование. Может ли оно действительно завоевать титул «самого черного автомобильного покрытия в мире», пока еще трудно определить до дальнейшего развития измерительных технологий, но на китайском рынке, очевидно, началась техническая и эстетическая конкуренция вокруг «экстремального черного цвета».