Древесный уголь — это материал, известный своим темно-черным цветом. Но является ли древесный уголь на самом деле разновидностью черного цвета? Или он просто кажется черным для наших глаз? В этой статье мы рассмотрим свойства древесного угля и его связь с черным цветом.
Древесный уголь — это богатый углеродом материал, который производится путем нагревания древесины или других органических материалов в отсутствие кислорода. Этот процесс, известный как пиролиз, удаляет воду и летучие соединения, оставляя в основном чистый углерод и золу.
Атомы углерода в древесном угле расположены в неупорядоченной, аморфной структуре. Это придает древесному углю черный цвет и пористую текстуру. В отличие от графита, который является еще одной формой углерода с кристаллической структурой, атомы углерода в древесном угле не образуют упорядоченную внутреннюю структуру.
Вот некоторые ключевые свойства древесного угля:
Высокое содержание углерода и аморфная структура придают древесному углю черный цвет. Пористая текстура также улавливает свет, делая его темнее.
Восприятие черноты возникает из-за объекта или материала, который поглощает большинство видимых световых частот и не отражает их обратно к нашим глазам. Пигменты или вещества, которые кажутся черными, обладают следующими ключевыми качествами:
Поглощение и рассеивание света углем придает ему чрезвычайно темный, черный вид.
Древесный уголь является отличным поглотителем света. Он может поглощать в широком диапазоне видимых длин волн, от 400 до 700 нанометров. Этот профиль поглощения способствует его воспринимаемой черноте.
Способность древесного угля поглощать свет также зависит от таких факторов, как содержание углерода и пористость. Древесный уголь с более высоким содержанием углерода, изготовленный при более высоких температурах, как правило, более черный.
Вот таблица сравнения поглощения света различными типами древесного угля:
| Тип древесного угля | Содержание углерода | % поглощения при 550 нм |
|---|---|---|
| Древесный уголь | 80-90% | 95% |
| Кусковой уголь | 95% | 98% |
| Активированный уголь | 95-100% | 99% |
Активированный уголь с более высокой чистотой углерода поглощает почти весь видимый свет, кажущийся идеально черным.
В дополнение к поглощению света, уголь также отражает очень мало света. Свет, который не поглощается, задерживается внутри пористой структуры, а не отражается.
Аморфная углеродная структура приводит к диффузному отражению света. Это делает уголь матово-черным, а не глянцево-черным.
Плоский угольный порошок имеет отражательную способность всего около 4% видимого света. Для сравнения, черная глянцевая краска может отражать более 10% света.
Пористая структура древесного угля действует как световая ловушка. Случайные поры, зазоры и полости эффективно поглощают и рассеивают свет. Это улавливание света усиливает черный вид.
Угли с большей площадью поверхности, такие как активированный уголь, особенно черные из-за улучшенного улавливания света. Активированный уголь имеет площадь поверхности 500-2000 м2/г, что обеспечивает обширные поры для улавливания света.
Как уголь сравнивается с другими черными материалами с точки зрения поглощения света? Вот сравнительная таблица:
| Материал | Поглощение света, % |
|---|---|
| Vantablack | 99,965% |
| Ocular black | 99-99,5% |
| Активированный уголь | 99% |
| Черная акриловая краска | 98-99% |
| Черный бархат | 98-99% |
Vantablack и ocular black имеют лучшее освещение поглощение, но уголь поглощает сравнимо с акриловой краской и бархатом. Поэтому, хотя он и не такой черный, как специальные черные материалы, уголь эффективно поглощает широкий спектр видимого света.
Благодаря своим свойствам поглощения света, минимальному отражению и структуре улавливания света уголь проявляет все качества черного материала или пигмента. Хотя уголь не является самым настоящим или самым глубоким черным из-за своего состава и структуры, он поглощает почти весь видимый свет, что делает его интенсивным черным.
Итак, вкратце:
Поэтому разумно заключить, что древесный уголь действительно является разновидностью черного пигмента, не только по внешнему виду, но и по своим внутренним оптическим свойствам.