Con perdón de «Spinal Tap», parece que el negro puede, de hecho, volverse más negro.
Los ingenieros del MIT informan hoy de que han cocinado un material que es 10 veces más negro que todo lo que se ha informado anteriormente. El material está hecho de nanotubos de carbono alineados verticalmente, o CNT, filamentos microscópicos de carbono, como un bosque difuso de árboles diminutos, que el equipo cultivó en una superficie de papel de aluminio grabado con cloro. La lámina capta al menos el 99,995%* de la luz que entra, lo que la convierte en el material más negro del que se tiene constancia.
Los investigadores han publicado hoy sus resultados en la revista ACS-Applied Materials and Interfaces. Además, presentan el material similar a un manto como parte de una nueva exposición hoy en la Bolsa de Nueva York, titulada «La redención de la vanidad».
La obra de arte, concebida por Diemut Strebe, artista residente en el Centro de Arte, Ciencia y Tecnología del MIT, en colaboración con Brian Wardle, profesor de aeronáutica y astronáutica del MIT, y su grupo, y el artista residente del Centro de Arte, Ciencia y Tecnología del MIT, Diemut Strebe, presenta un diamante amarillo natural de 16.78 quilates de diamante amarillo natural de LJ West Diamonds, cuyo valor se estima en 2 millones de dólares, que el equipo recubrió con el nuevo material CNT ultra negro. El efecto es sorprendente: La gema, que normalmente tiene facetas brillantes, aparece como un vacío negro y plano.
Wardle afirma que el material de CNT, además de ser una declaración artística, también puede tener un uso práctico, por ejemplo, en persianas ópticas que reduzcan el resplandor no deseado, para ayudar a los telescopios espaciales a detectar exoplanetas en órbita.
«Hay aplicaciones ópticas y de ciencia espacial para materiales muy negros y, por supuesto, los artistas han estado interesados en el negro, desde mucho antes del Renacimiento», dice Wardle. «Nuestro material es 10 veces más negro que cualquier otro del que se haya informado, pero creo que el negro más negro es un objetivo en constante movimiento. Alguien encontrará un material más negro y, con el tiempo, comprenderemos todos los mecanismos subyacentes y seremos capaces de diseñar adecuadamente el negro definitivo».
El coautor del artículo de Wardle es el antiguo postdoctorado del MIT Kehang Cui, ahora profesor de la Universidad Jiao Tong de Shanghai.
En el vacío
Wardle y Cui no pretendían diseñar un material ultra negro. En su lugar, estaban experimentando con formas de cultivar nanotubos de carbono en materiales conductores de la electricidad, como el aluminio, para potenciar sus propiedades eléctricas y térmicas.
Pero al intentar cultivar CNT en aluminio, Cui se topó con una barrera, literalmente: una capa de óxido siempre presente que recubre el aluminio cuando se expone al aire. Esta capa de óxido actúa como aislante, bloqueando en lugar de conduciendo la electricidad y el calor. Mientras buscaba formas de eliminar la capa de óxido del aluminio, Cui encontró una solución en la sal, o cloruro de sodio.
En ese momento, el grupo de Wardle utilizaba la sal y otros productos de la despensa, como el bicarbonato de sodio y el detergente, para cultivar nanotubos de carbono. En sus pruebas con sal, Cui observó que los iones de cloruro corroían la superficie del aluminio y disolvían su capa de óxido.
«Este proceso de grabado es común en muchos metales», dice Cui. «Por ejemplo, los barcos sufren la corrosión del agua oceánica a base de cloro. Ahora utilizamos este proceso en nuestro beneficio».
Cui descubrió que si remojaba el papel de aluminio en agua salada, podía eliminar la capa de óxido. A continuación, transfirió el papel de aluminio a un entorno libre de oxígeno para evitar la reoxidación y, por último, colocó el aluminio grabado en un horno, donde el grupo llevó a cabo técnicas para hacer crecer nanotubos de carbono mediante un proceso llamado deposición química de vapor.
Al eliminar la capa de óxido, los investigadores pudieron hacer crecer nanotubos de carbono sobre el aluminio, a temperaturas mucho más bajas de lo que lo harían de otro modo, en unos 100 grados Celsius. También vieron que la combinación de CNT sobre aluminio mejoraba significativamente las propiedades térmicas y eléctricas del material, un hallazgo que esperaban.
Lo que les sorprendió fue el color del material.
«Recuerdo que me di cuenta de lo negro que era antes de hacer crecer los nanotubos de carbono sobre él, y después del crecimiento, parecía aún más oscuro», recuerda Cui. «Así que pensé que debía medir la reflectancia óptica de la muestra.
«Nuestro grupo no suele centrarse en las propiedades ópticas de los materiales, pero este trabajo se estaba llevando a cabo al mismo tiempo que nuestras colaboraciones entre arte y ciencia con Diemut, así que el arte influyó en la ciencia en este caso», dice Wardle.
Wardle y Cui, que han solicitado la patente de la tecnología, ponen el nuevo proceso de CNT a disposición de cualquier artista para que lo utilice en un proyecto artístico no comercial.
«Construido para aguantar el abuso»
Cui midió la cantidad de luz reflejada por el material, no sólo desde lo alto, sino también desde cualquier otro ángulo posible. Los resultados mostraron que el material absorbía al menos el 99,995% de la luz entrante, desde cualquier ángulo. En otras palabras, reflejaba 10 veces menos luz que todos los demás materiales supernegros, incluido el Vantablack. Si el material contenía protuberancias o crestas, o rasgos de cualquier tipo, no importaba desde qué ángulo se viera, estos rasgos serían invisibles, oscurecidos en un vacío de negro.
Los investigadores no están del todo seguros del mecanismo que contribuye a la opacidad del material, pero sospechan que puede tener algo que ver con la combinación del aluminio grabado, que está algo ennegrecido, con los nanotubos de carbono. Los científicos creen que los bosques de nanotubos de carbono pueden atrapar y convertir la mayor parte de la luz entrante en calor, reflejando muy poca luz, lo que confiere a los CNT un tono especialmente negro.
«Se sabe que los bosques de CNT de diferentes variedades son extremadamente negros, pero no se sabe por qué este material es el más negro. Hay que seguir estudiándolo», afirma Wardle.
El material ya está despertando interés en la comunidad aeroespacial. El astrofísico y premio Nobel John Mather, que no participó en la investigación, está estudiando la posibilidad de utilizar el material de Wardle como base para una sombra estelar: una enorme sombra negra que protegería a un telescopio espacial de la luz parásita.
«Los instrumentos ópticos, como las cámaras y los telescopios, tienen que deshacerse del resplandor no deseado, para que puedas ver lo que quieres ver», dice Mather. «¿Te gustaría ver una Tierra orbitando otra estrella? Necesitamos algo muy negro. … Y este negro tiene que ser resistente para soportar el lanzamiento de un cohete. Las versiones antiguas eran frágiles bosques de pieles, pero éstas son más bien depuradoras de ollas, construidas para soportar el abuso»
*Una versión anterior de esta historia afirmaba que el nuevo material captura más del 99,96 por ciento de la luz entrante. Esa cifra se ha actualizado para ser más precisa; el material absorbe al menos el 99,995 de la luz entrante.