研究与太空望远镜配合使用的星冕遮光器（starshade）时，获得NASA支持的研究人员遇到了一个意外问题。

要直接拍摄太阳系外行星，首先必须遮住它所环绕恒星的光。恒星自身发光，而行星只反射其中很小一部分。只要有少量恒星光漏入，行星微弱的光就会被淹没。

为此而研究的一种装置，就是星冕遮光器。它是一块巨大的花朵形遮光屏，被放置在距离太空望远镜很远的位置，让遥远恒星的光在进入望远镜之前就被挡住。它目前还没有真正投入观测任务，而是在为未来的系外行星观测持续开发和测试。

但还有另一种光会制造麻烦。那就是来自我们太阳的光。

太阳光照到星冕遮光器花瓣边缘并发生散射后，其中一部分也可能进入望远镜。获得NASA支持的研究人员把这些边缘做得极其锋利，厚度约300纳米，只有人类头发粗细的几百分之一。

即便如此，散射光仍然太多。

那么，把边缘涂黑不就行了吗？

问题在于，传统超黑涂层之所以变黑，往往依赖一定高度的表面结构。基于碳纳米管或三维微结构的涂层，会在表面上形成结构来困住光。它们可以非常黑，但厚度也可能达到数微米。如果把这种涂层加在300纳米级的锐边上，精心加工的尖端就会变钝，边缘散射反而再次增加。

星冕遮光器需要的是一种既非常黑、又极其薄的涂层。

ZeCoat开发的涂层没有依赖高耸的微结构，而是把非常薄、部分透光的金属层与介电玻璃层交替叠加。精确控制各层厚度后，光会在纳米尺度的腔体内形成驻波，同时金属层吸收其中的能量。

如果说碳纳米管是让光在深森林里难以逃脱，那么这种方法更像是把光反复困在极薄的层状腔体中。

这种涂层的厚度约为此前考虑方案的百分之一。应用在一片长度50厘米的测试星冕遮光器叶片上后，反射光减少到原来的约二十分之一。¹

也就是说，它在保持锋利几何形状的同时，获得了所需的吸光性能。

吸收99.995%的“碳森林”

这并不意味着最低反射率的纪录没有价值。

2019年，MIT研究人员在铝表面生长碳纳米管时，意外发现了一种异常黑的表面。MIT表示，它至少能吸收入射光的99.995%。在当时，与其他已知超黑材料相比，它返回的光大约只有十分之一。

其原理与第1部介绍的早期Vantablack相似。进入大量碳纳米管缝隙的光不断改变方向，逐渐失去逃逸机会。

有意思的是，研究团队原本并不是为了创造超黑纪录。他们研究的是如何破坏铝表面的天然氧化层，使碳纳米管能够与金属直接结合，却在过程中发现了意料之外的高吸光性能。²

那么，吸收率低于99.995%的材料，就一定没有它黑吗？

换一个波长，答案就可能改变。

对人眼很黑的物体，对传感器可能很亮

日本Koyo Orient生产的Musou Black是一种可以用刷子或喷笔施工的超黑丙烯涂料。

光的性质会随波长改变。人眼可见光大致位于380到780纳米之间。根据厂商数据，Musou Black可吸收约99.4%的可见光；在其中的550纳米波长处，约有0.6%的光被反射。

波长再变长，结果也会变化。950纳米时，反射率升至2.0%；1500纳米时，则升至10.7%。这两个波长都属于人眼看不见的近红外区域。

对人来说，它依然非常黑。但对使用1500纳米波长的传感器来说，它会把大约十分之一的入射光反射回去。

Koyo Orient还为红外设备开发了其他超黑材料。IR Flock Sheet在550纳米和950纳米处的反射率都约为0.3%，在1500纳米处也只有约0.5%。其主要用途包括LiDAR、机器视觉和红外传感器测试。³

在人眼中，两者都很黑。

但对机器来说，它们不是同一种黑。

黑得太彻底，汽车的形状也会消失

即使把波长固定下来，“黑”还存在另一个问题：光从什么方向来，又从什么方向返回，会改变同一表面的视觉效果。

2019年，BMW给一辆X6应用了Vantablack系列涂层。但它没有选择最黑的那种Vantablack。

它使用的是可喷涂的VBx2。将所有方向返回的光加总后，它的总半球反射率（THR）约为1%。这仍然非常黑，但比早期Vantablack保留了更多反射光。

原因在于汽车的形状。凸起和凹陷、正对光线的表面和斜向受光的表面，返回的光量不同。我们的眼睛通过这些明暗差异读取车身的弯曲和三维结构。

如果把反射压得过低，这些形状线索也会一起消失。Surrey NanoSystems表示，如果使用最初的Vantablack，X6几乎会失去三维形态感。VBx2大约1%的反射率，恰好保留了足以辨认车身轮廓和曲面的光。

这辆覆有Vantablack的X6只制作了一辆，是用于展示的概念车。Surrey NanoSystems还表示，如果要让VBx2成为能承受日常驾驶环境的汽车涂料，耐久性仍需要大幅提升。⁴

反射光有时是需要消除的噪声，但它也可能是告诉我们物体形状的信息。

阳光下的一辆黑车就能体现这种方向性。车身大多数区域看起来很黑，但只要改变观察位置，某一面会突然变亮并产生高光。

把光进入表面的角度称为入射角，把观察表面的角度称为观察角。同一个表面，只要这两个角度的组合改变，返回到眼睛或传感器的光量就会改变。

更详细的测量方法叫作Bidirectional Reflectance Distribution Function，简称BRDF。

名字很长，但原理并不复杂：不断改变入射角和观察角，并测量每一种组合下返回的光量。也就是说，给“从什么方向照、从什么方向看时表面有多亮”画出一张地图。

2026年发表的一项研究，用同一台设备比较了Vantablack、Musou Black涂料、Musou黑色织物、黑天鹅绒和普通黑色涂料。研究人员针对每种材料测量了24,488组入射角与观察角组合下的反射亮度。

把这些数值从暗到亮排列后，不同材料会呈现出不同特征。在中位数位置，Musou黑色织物的亮度最低。也就是说，在所测全部角度组合中，它的典型反射水平尤其低。

但在较亮的一端，Vantablack表现更好。即使看接近最亮1%的第99百分位，Vantablack的反射仍然最低。当其他材料在某些角度下出现相对明亮的反射时，Vantablack对这种反射的抑制更强。

简单地说，Musou黑色织物在典型角度组合下特别暗；而Vantablack在那些容易产生较亮反射的不利角度下，依然保持最暗。

研究人员还利用BRDF数据，在计算机中渲染由不同材料制成的球体，并让36名参与者判断哪一种表面看起来更暗。随着照明增强，普通黑色涂料与超黑材料之间的差异变得更明显；Vantablack和Musou黑色织物在三种照明条件下都被评为最暗。人的主观判断与物理反射测量相当一致。⁵

光学挡板需要另一种“黑”

望远镜和相机内部，通常会有黑色遮光结构，用来阻止镜片周围反射的光进入传感器。这种结构叫作挡板（baffle）。

挡板的需求与星冕遮光器不同。它不需要保持极薄的锐边，而是需要在多种方向和较宽波段中降低光，同时还要能够稳定地应用在复杂的金属部件上。

2025年发表的一项韩国研究，讨论了直接在光学设备常用的Al6061铝合金表面生长碳纳米纤维（CNF）的方法。

碳纳米纤维吸收光的原理与碳纳米管相似。进入密集碳结构的光会多次碰撞，在逃逸之前逐渐被吸收。

真正的难点，是如何让这种结构在实际铝部件上均匀、牢固地生长。

研究人员先把镍催化剂布置在铝表面的多孔氧化层内，再利用热化学气相沉积（CVD）直接生长碳纳米纤维。与其把单独制造的黑膜贴上去，他们选择直接在部件表面长出超黑结构。

黑色阳极氧化Al6061上富含铬的表面层也发挥了作用。研究人员认为，铬与镍的界面有助于稳定催化剂，并促进CNF的均匀生长，同时提升涂层的机械稳定性和抗紫外稳定性。

优化后的涂层在0.3至2.5微米波段平均吸收约99%的光；在2.5至15微米的红外波段，平均吸收率也约为98.5%。在多个入射角下，它仍保持较高吸收率。

该表面还具有良好的拒水性，并在机械刺激和紫外测试中保持稳定。这正对应了光学挡板的现实需求：既要处理宽波段和多方向的光，又要能在真实金属部件上长期工作。

最终验证在实际挡板上完成。基于BRDF数据的LightTools和Zemax光学模拟，以及多个入射角下的实验显示，与传统黑色阳极氧化相比，这种新涂层让杂散光降低了10分贝以上。分贝是一种用对数比例表示两个数值强弱差异的单位；在这里，它意味着杂散光强度降低到原来的十分之一以下。材料层面的高吸收，最终转化为了真实光学系统中的杂散光抑制。⁶

星冕遮光器和光学挡板都在消除不需要的光，但它们需要的“黑”并不相同。

星冕遮光器需要一种不会破坏尖锐边缘的超薄黑。光学挡板需要的，则是一种能覆盖复杂金属部件、在宽波段和多方向上吸光，同时还足够耐用的黑。

衡量“黑”的问题变长了

2026年发表的一篇超黑材料综述提出，应同时从三个要素理解这个领域：material（材料）、scene（使用场景）和characterization（表征与测量）。

也就是说，要一起考虑材料由什么构成、要用在什么地方，以及是在什么条件下测量的。⁷

这并不意味着99.995%这样的纪录失去了意义。在微小反射都可能造成问题的精密光学中，绝对反射率依然非常重要。

只是，越来越多的问题已经无法用单一数字回答。

我们关心的是人眼可见光，还是红外线？光从哪个方向进入，又从哪个方向离开？样品是平坦测试片，还是实际部件？装进真实设备之后，原本想消除的光究竟有没有真的减少？

“世界上最黑的黑是什么？”仍然是一个有趣的问题。

但研究人员真正要解决的问题，已经更具体了。

要消除哪一种光，在什么地方，为了什么目的？

注释

1. NASA Science在2026年的技术开发报告中指出，星冕遮光器不仅要抑制遥远恒星的光，也必须抑制来自我们太阳的散射光。同一资料还描述了约300纳米厚的锐边、传统CNT和三维微结构涂层的厚度问题、ZeCoat由部分透光金属层与介电玻璃层构成的多层腔体结构、约薄100倍的厚度，以及在50厘米测试边缘上约20倍的反射降低。NASA Science

2. Kehang Cui、Brian L. Wardle, “Breakdown of Native Oxide Enables Multifunctional, Free-Form Carbon Nanotube–Metal Hierarchical Architectures,” ACS Applied Materials & Interfaces 11(38), 2019, 35212–35220。原论文报告宽带反射率1×10⁻⁵；MIT考虑到测量极限，将其保守地表述为“at least 99.995%”的吸收率。正文采用MIT的保守数值。ACS/DOI · MIT AeroAstro

3. 将可见光范围近似表述为380–780纳米，与CIE和NIST的标准及技术资料保持一致。Musou Black与IR Flock Sheet的各波长总反射率及用途来自Koyo Orient体系厂商公开的产品数据。这些是厂商参考值，并非在完全相同条件下独立复测得到的比较数据。CIE · Musou Black · IR Flock Sheet

4. BMW在2019年推出的X6是一辆一次性展示车，使用了Vantablack系列VBx2。BMW给出的VBx2总半球反射率（THR）为1%。Ben Jensen解释说，如果使用早期Vantablack，车辆几乎会失去三维形态感。同一官方采访还指出，要让VBx2具备日常汽车涂料所需的耐久性，仍是一个很大的技术挑战。BMW Group

5. Jiří Filip、Radomír Vávra, “How dark is dark? A reflectance and scattering analysis of black materials,” Journal of the Optical Society of America A 43(7), 2026, 1037–1045。研究对每种材料测量了24,488组有效的入射—观察方向组合。Musou fabric的相对亮度第1百分位和第50百分位最低，而Vantablack的第99百分位最低。36名参与者在三种照明条件下评估了由实测BRDF数据渲染的样品，Vantablack与Musou fabric在所有照明强度下都被评价为最暗。Optica/DOI · arXiv 公开稿

6. Geun Tak Yuk et al., “Direct CVD Growth of Robust Carbon Nanofiber-Based Super Black Coatings on Complex-Curvature and Commercial Anodized Al(6061) for Enhanced Stray-Light Suppression in Optical Baffle Systems,” ACS Applied Engineering Materials 3(9), 2025, 3049–3064。论文于2025年9月17日在线发表，并收入9月26日刊。研究报告了Ni催化剂整合、Cr–Ni界面、300–2500纳米平均99%吸收、2500–15,000纳米平均98.5%吸收、机械与紫外稳定性、疏水性，以及在真实挡板中相较传统黑色阳极氧化超过10dB的杂散光降低。ACS/DOI

7. Peilin Yang et al., “Ultra-Black Materials: Fundamentals, Design, and Applications,” Laser & Photonics Reviews 20(16), 2026, e02136。该综述于2026年5月29日首次发表，以material–scene–characterization三元框架梳理超黑材料研究，并指出评估正在从单一反射率数字扩展到多维表征。Wiley/DOI