産業技術総合研究所（以下、産総研）と量子科学技術研究開発機構は18日、反射率が従来よりも1桁も低く、光を99.98%以上吸収する「至高の暗黒シート」を開発したと発表した。「至高の暗黒シート」は、明るい場所でも沈む圧倒的な黒さを実現でき、背景の映り込みを防止できるため、視覚表現に高いコントラストを提供することから利用価値が大きいという。
耐久性を持った、暗黒シートの開発へ
低反射な黒色材料は、映像、光センサー、太陽エネルギー利用など光の応用分野で幅広く用いられる。特に、カメラや分光分析装置内部の乱反射防止などの用途では、理想的には完全な無反射の黒体材料が切望されていた。
人間の目は黒さに敏感で、反射率0.2%以上の黒と0.1%以下の黒を、肉眼で十分に識別できる。反射率が0.1%を大きく下回る材料があれば利用価値は高いが、今のところではもろい素材に限られていて、一般環境での利用が難しいという課題があった。
研究グループは、一般環境でも使用可能な耐久性を持ったすべての光を吸収する素材の開発を目指した。2019年には素材表面に微細な円錐状の凹凸の光閉じ込め構造を実現することで、99.5%以上の光を吸収する暗黒シートを開発していた。
原理上、ミクロサイズの円錐型の空洞に入射した光は壁面で何度も吸収・反射を繰り返して、正味の反射率がゼロに近づく。それを実現するためにはエッジは鋭く、円錐の壁面はナノレベルで滑らかにする必要がある。そこで、従来の技術では難しい加工を、サイクロトロン加速器からの高エネルギーイオンビーム照射と化学エッチング処理によって解決した。
同グループは、こうして作成した原版の光閉じ込め構造を素材表面に転写することで、量産可能な暗黒シートを実現した。暗黒シートの素材としてカーボンブラック顔料を混錬したシリコーンゴムを用いたところ、光の全域で吸収率99.5%以上（反射率0.5%以下）を実現した。
可視光の99.98％以上を吸収する「至高の暗黒シート」を開発
今回の研究では、暗黒シートの反射率低減を制約してきた原因がカーボンブラック顔料による散乱であると突き止め、それに代わる低散乱の素材としてカシューオイル樹脂に着目した。カシューオイルは、カシューナッツの殻から抽出したポリフェノール類で、漆の成分であるウルシオールに類似していて漆塗りの代用にも用いられる。鉄と錯体を作ることで顔料を加えなくても黒くなり、その「漆黒」は散乱反射（くすみ）の量が極めて少ないことがわかった。
カシューオイル黒色樹種に光閉じ込め構造を転写したところ、鏡面反射（ぎらつき）も散乱反射（くすみ）も抑えられ、黒体材料の需要の特に多い可視光域の反射率が0.02％以下（光吸収率99.98％以上）を実現した。この「至高の暗黒シート」の深い黒はレーザーポインターの光が消えて見えるほどであり、触れる素材で世界一の黒さを達成した。
同グループは、今後、具体的な用途開発や実用化に向けた検討を進め、将来的にはプロ用途だけでなく、生活の身近な場面も含めた光制御・利用技術の格段の性能向上に貢献していくという。
画像提供：産総研