步枪鸟的启示：世界上最黑的面料诞生了

“超黑色”——定义为反射少于0.5%照射到其上的光——有多种用途，包括在相机、太阳能电池板和望远镜中，但它的生产难度较大，而且从侧面看时可能显得不那么黑。现在，康奈尔大学的一个实验室设计了一种简单的方法来制造这种难以捉摸的颜色。

研究人员在响应性服装设计（RAD）实验室，隶属于人类生态学院（CHE），从自然中汲取灵感，特别是壮丽步枪鸟那引人注目的黑色，用聚多巴胺对一种白色美利奴羊毛针织面料进行染色，然后在等离子体室中对材料进行蚀刻，形成纳米纤维——尖锐的纳米级结构。这些特征模仿了步枪鸟超黑羽毛的光捕获能力，能够吸收大部分照射到它们上的光。

研究人员的两步法产生了目前报道的最黑的面料；而且它的制造简单、可扩展、可穿戴，并且不受观察角度的影响。研究人员已向康奈尔技术许可中心（CTL）申请专利保护，并希望围绕他们的技术成立一家公司，这种技术可以应用于天然材料，如羊毛、丝绸和棉花。

“从设计的角度来看，我认为这很令人兴奋，因为现有的超黑色并不如我们的产品那么易于穿着。而且即便从更宽的角度看，它仍然保持超黑色，”拉里萨·谢泼德（Larissa Shepherd），人本设计系（CHE）助理教授，硕士'13，博士'17表示。

谢泼德是RAD实验室的主任，也是《受层次性鸟类结构启发的超黑羊毛纺织品》一文的通讯作者，该文发表在Nature Communications上。谢泼德的合著者是博士生和RAD实验室成员汉萨迪·贾亚马哈（Hansadi Jayamaha）和朴圭仁（Kyuin Park），硕士'23。

自然的灵感与技术过程

他们的工作包括对来自新几内亚和澳大利亚的天堂鸟家族成员——步枪鸟的羽毛进行分析。谢泼德和她的团队在鸟类收藏经理玛丽·M·费拉罗和鸟类及哺乳动物策展人范雅·罗赫尔的帮助下，从康奈尔鸟类学实验室获得了步枪鸟的羽毛。

步枪鸟引人注目的黑色羽毛来自于黑色素颜料与紧密聚集的羽毛的结合，这些羽毛能够将光线向内折射，几乎吸收所有光线。这使得鸟在正面看时显得异常黑，但从侧面看，羽毛则显得光亮。

这种颜色在其他生物中也很明显，包括鱼类和蝴蝶。谢泼德说，她的小组选择聚多巴胺作为染料是故意的。

“聚多巴胺是一种合成黑色素，而黑色素正是这些生物体内的，”她说。“而步枪鸟有这些非常有趣的层次结构和黑色素。所以我们想把这些特点结合到纺织品中。”

仅仅涂覆羊毛表面是不够的：研究人员必须让聚多巴胺涂层渗透到织物的纤维中，使每一部分都变成黑色。这是因为等离子刻蚀过程去除了最外层纤维的一些表面材料，留下了尖锐的纳米纤维，这是一种关键成分。

“光线在纤维之间来回反射，而不是直接反射出去——这就是产生超黑效果的原因，”Jayamaha说。

性能和潜在应用

他们的织物平均反射率只有0.13%，因此成为迄今为止报告的最黑织物。并且在120度的视角范围内依然保持超黑，这意味着在每侧或正面最多60度的角度看起来都是一样的，优于目前市场上可用的其他材料。

根据帕克的说法，他们的超黑面料在许多太阳能热能应用中具有潜力，可以将吸收的光转化为热能并加以利用。“我们实际上可以将超黑面料用于热调节伪装，”他说。

去年秋天，时尚设计管理专业的佐伊·阿尔瓦雷斯（Zoe Alvarez）创作了一款无肩带黑色连衣裙，灵感来源于步枪鸟，作为其中心元素，采用了超黑材料，并点缀了一抹闪烁的蓝色。连衣裙的图片被用来确认超黑的真正“黑色”：当图像的对比度、色调、鲜艳度或亮度被调整时，所有其他颜色都发生了变化，但超黑保持不变。

谢泼德表示，她的团队已经通过CTL申请了临时专利，并希望申请Ignite创新加速计划，以便将他们的想法更快推向市场。

更多信息： Hansadi Jayamaha 等，受到分层鸟类结构启发的超黑羊毛织物，《自然通讯》期刊（2025）。 数字对象标识符（DOI）：10.1038/s41467-025-65649-4