Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2015 № 01

Сюдзи Накамура, Исаму Акасаки, Хироси Амано— лауреаты Нобелевской премии по физике 2014 года.

Первый в мире светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне и пригодный к практическому применению, разработал Ник (Николай) Холоньяк, бывший учеником Бардина, в Университете Иллинойса в 1962 году. Далее, бывший студент Холоньяка Джордж Крафорд в 1972 году изобрел первый в мире желтый светодиод. А первый синий светодиод с кристаллом из нитрида галлия (GaN) на сапфировой подложке примерно в это же время создал Жак Панков (Яков Панчечников), работавший в IBM (International Business Machines).

И лишь спустя почти 20 лет, в середине 1980-х годов, японские ученые Акасаки и Амано из Нагойского университета предложили использовать в синем светодиоде тот же нитрид галлия, но с примесью магния. Облучив новый материал потоком электронов, они заставили его светиться.

В 1989 году на открытие Акасаки и Амано обратил внимание сотрудник Nichia Corporation Сюдзи Накамура и довел изобретение своих коллег до стадии серийного производства. Компания запатентовала технологию Накамуры и в 1993 году первой в мире наладила промышленный выпуск синих светодиодов. К концу 1990-х годов она выпускала около 20 млн. таких устройств в месяц. Изобретателю же корпорация заплатила меньше 200 долларов, а потому в 1999 году Накамура подал на нее в суд, выиграв после пяти лет разбирательств 20 млрд. иен. И судится с нею дальше, намереваясь получить еще 60 млрд. иен.

Так выглядит синий светодиод.

Тяжба с Nichia Corporation побудила ученого уволиться из компании и переехать в США, где он устроился на работу в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре.

Такая вот получилась история. Что же касается, самих синих светодиодов, то теперь с их появлением путем сложения синего, зеленого и красного появилась возможность получать чистый белый свет, а следовательно, и все оттенки световой гаммы. Это дало возможность выпускать яркие и экономичные светодиодные источники, которые используются в видеоэкранах больших размеров, а также в автомобильных и авиационных фарах.

Светодиоды легли в основу и так называемого цифрового прожектора, изобретенного сотрудниками Университета Карнеги-Меллона.

Все водители знают, как сложно ехать в плохую погоду, причем проблема даже не столько в скользком дорожном покрытии, сколько в том, что значительная часть света фар падает на снежинки и капли дождя, так что водитель видит только сплошную стену осадков, а не освещенную дорогу. Группа ученых под руководством Сриванаса Нарасимхана разработала систему освещения, которая освещает только дорожное покрытие, оставляя невидимыми частицы снега и дождя.

Основные элементы новой системы — цифровой светодиодный проектор, играющий роль фар, и скоростная видеокамера, которая при помощи светоделящей полупрозрачной пластины фиксирует световое поле. Когда частицы осадков оказываются в поле зрения проектора с камерой, то их изображение попадает на компьютер, который рассчитывает скорость и траекторию движения каждой из них. Затем проектор выборочно затемняет на матрице точки так, чтобы свет не попадал на снежинки и капли. Осадки продолжают падать, но свет фар перестает отражаться от них в глаза человека, сидящего за рулем.

С. СЛАВИН

На международном авиашоу в Фарнборо британские нанотехнологи представили самый черный объект, какой только может быть. Материал, получивший название Vantablack, настолько черен, что человеческий глаз уже не воспринимает этой черноты и кажется, что перед вами «черная дыра», пишет The Independent.

«Британской компании Surrey NanoSystems удалось создать материал, поглощающий практически весь видимый спектр света, отражая лишь 0,0035 % светового потока. Основой для него послужили графитовые нанотрубки, каждая их которых в 10 000 раз тоньше человеческого волоса. Также новый материал в 10 раз прочнее стали на разрыв и проводит тепло в 7,5 раза эффективнее, чем медь, — пишет газета. — А главное, новый материал настолько темный, что при взгляде на него все контуры и формы теряются; возникает такое ощущение, будто человек вглядывается в бездну».

Материал Vantablack был выращен из нанотрубок на слоях алюминиевой фольги. Эту фольгу можно изгибать любым способом, создавая любые формы и неровности — для человеческого глаза они останутся незаметными. «Это очень странное ощущение: сгибая фольгу, ожидаешь увидеть изменения на ее поверхности, однако этого не происходит», — говорит представитель компании Surrey NanoSystems Бен Дженсен.

Принцип поглощения видимого света в данном случае можно описать следующим образом: графитовые нанотрубки в основе материала настолько тонки, что световые частицы не могут в них проникнуть. Вместо этого фотоны попадают в щели между трубками и практически полностью поглощаются. Таким образом, Vantablack представляет собой упорядоченный «лес» из вертикально расположенных вплотную друг к другу углеродных нанотрубок. Он производится при помощи запатентованного компанией Surrey NanoSystems процесса выращивания таких структур при низкой температуре на кремниевой поверхности.

Использование Vantablack позволяет преодолеть некоторые ограничения, с которыми сталкиваются инженеры, разрабатывающие сверхвысокоточные устройства. Большинство покрытий из других черных материалов производится в условиях достаточно высокой температуры, что весьма сужает область их применения, исключает нанесение таких покрытий на сверхчувствительные электронные компоненты и на узлы, изготовленные из материалов с низкой точкой плавления.

Так выглядит Vantablack.

Под микроскопом просматривается наноструктура материала.

Уникальный материал также имеет малую плотность, он обладает устойчивостью к воздействию высокой и низкой температуры, а коэффициент поглощения света составляет рекордные 99,965 %. Благодаря этому он является идеальным материалом для использования в оптических системах современных телескопов, в экранах, системах тепловой защиты, в качестве покрытия миниатюрных узлов и элементов различных микроэлектромеханических устройств.

Помимо технологии производства материала Vantablack, специалисты компании Surrey NanoSystems разработали высокоточную технологию нанесения покрытия из этого материала, которая может работать как с плоскими поверхностями, так и с поверхностями сложной формы, обеспечивая точность нанесения покрытий на уровне долей микрона.

Изначально этот материал разрабатывался для изготовления эталонов типа «черное тело», на которых производится калибровка всевозможного оборудования космического и военного назначения. Однако по ходу дела выяснилось, что, кроме всего вышеперечисленного, технология производства материала Vantablack позволяет на стадии производства управлять высотой и частотой «леса». Это, в свою очередь, позволяет получить максимально возможный коэффициент поглощения материала в каком-либо определенном диапазоне длин волн света, начиная от инфракрасного и заканчивая ультрафиолетом.