Cu scuze pentru „Spinal Tap”, se pare că negrul poate, într-adevăr, să devină și mai negru.
Inginerii de la MIT au anunțat astăzi că au creat un material care este de 10 ori mai negru decât orice altceva care a fost raportat anterior. Materialul este realizat din nanotuburi de carbon aliniate vertical, sau CNT-uri – filamente microscopice de carbon, ca o pădure pufoasă de copaci minusculi, pe care echipa le-a crescut pe o suprafață de folie de aluminiu gravată cu clor. Folia captează cel puțin 99,995%* din orice lumină care intră, făcându-l cel mai negru material înregistrat vreodată.
Cercetătorii și-au publicat concluziile astăzi în revista ACS-Applied Materials and Interfaces. De asemenea, ei prezintă materialul asemănător unei pelerine ca parte a unei noi expoziții astăzi la Bursa de Valori din New York, intitulată „The Redemption of Vanity.”
Opera de artă, concepută de Diemut Strebe, artist rezident la Centrul MIT pentru Artă, Știință și Tehnologie, în colaborare cu Brian Wardle, profesor de aeronautică și astronautică la MIT, și grupul său, și cu artistul rezident la Centrul MIT pentru Artă, Știință și Tehnologie, Diemut Strebe, prezintă o piesă de 16.78 de carate de diamant galben natural de la LJ West Diamonds, a cărui valoare este estimată la 2 milioane de dolari, pe care echipa l-a acoperit cu noul material CNT ultra-negru. Efectul este surprinzător: Piatra prețioasă, care în mod normal are fațete strălucitoare, apare ca un gol plat, negru.
Wardle spune că materialul CNT, pe lângă faptul că reprezintă o declarație artistică, poate avea și o utilizare practică, de exemplu în jaluzele optice care reduc strălucirea nedorită, pentru a ajuta telescoapele spațiale să detecteze exoplanetele care orbitează.
„Există aplicații optice și de știință spațială pentru materiale foarte negre și, desigur, artiștii au fost interesați de negru, cu mult înainte de Renaștere”, spune Wardle. „Materialul nostru este de 10 ori mai negru decât orice altceva care a fost raportat vreodată, dar cred că cel mai negru negru negru este o țintă în continuă mișcare. Cineva va găsi un material mai negru și, în cele din urmă, vom înțelege toate mecanismele care stau la baza acestuia și vom putea proiecta în mod corespunzător negrul suprem.”
Coautorul lui Wardle în lucrare este fostul postdoctorand al MIT, Kehang Cui, în prezent profesor la Universitatea Jiao Tong din Shanghai.
În vid
Wardle și Cui nu au intenționat să proiecteze un material ultra-negru. În schimb, ei experimentau modalități de a crește nanotuburi de carbon pe materiale conductoare de electricitate, cum ar fi aluminiul, pentru a le spori proprietățile electrice și termice.
Dar, în încercarea de a crește CNT-uri pe aluminiu, Cui s-a lovit de o barieră, la propriu: un strat de oxid omniprezent care acoperă aluminiul atunci când acesta este expus la aer. Acest strat de oxid acționează ca un izolator, blocând mai degrabă decât conducând electricitatea și căldura. În timp ce căuta modalități de a îndepărta stratul de oxid din aluminiu, Cui a găsit o soluție în sare, sau clorură de sodiu.
În acel moment, grupul lui Wardle folosea sarea și alte produse de cămară, cum ar fi bicarbonatul de sodiu și detergentul, pentru a crește nanotuburi de carbon. În testele lor cu sare, Cui a observat că ionii de clorură roadeau suprafața aluminiului și îi dizolvau stratul de oxid.
„Acest proces de gravură este comun pentru multe metale”, spune Cui. „De exemplu, navele suferă de coroziunea apei oceanice pe bază de clor. Acum folosim acest proces în avantajul nostru.”
Cui a descoperit că, dacă a înmuiat folia de aluminiu în apă sărată, a putut îndepărta stratul de oxid. Apoi a transferat folia într-un mediu lipsit de oxigen pentru a preveni reoxidarea și, în cele din urmă, a plasat aluminiul gravat într-un cuptor, unde grupul a efectuat tehnici de creștere a nanotuburilor de carbon printr-un proces numit depunere chimică în stare de vapori.
Îndepărtând stratul de oxid, cercetătorii au reușit să crească nanotuburi de carbon pe aluminiu, la temperaturi mult mai scăzute decât ar fi făcut-o altfel, cu aproximativ 100 de grade Celsius. Ei au văzut, de asemenea, că combinația de CNT-uri pe aluminiu a îmbunătățit semnificativ proprietățile termice și electrice ale materialului – o constatare la care se așteptau.
Ceea ce i-a surprins a fost culoarea materialului.
„Îmi amintesc că am observat cât de negru era înainte de a crește nanotuburi de carbon pe el, iar apoi, după creștere, părea și mai întunecat”, își amintește Cui. „Așa că m-am gândit că ar trebui să măsor reflectanța optică a probei.
„Grupul nostru nu se concentrează de obicei pe proprietățile optice ale materialelor, dar această lucrare a avut loc în același timp cu colaborările noastre artă-știință cu Diemut, așa că arta a influențat știința în acest caz”, spune Wardle.
Wardle și Cui, care au solicitat un brevet pentru această tehnologie, pun noul procedeu CNT la dispoziția gratuită a oricărui artist pentru a fi folosit pentru un proiect artistic necomercial.
„Construit pentru a suporta abuzuri”
Cui a măsurat cantitatea de lumină reflectată de material, nu doar de deasupra capului, ci și din orice alt unghi posibil. Rezultatele au arătat că materialul a absorbit cel puțin 99,995% din lumina primită, din orice unghi. Cu alte cuvinte, a reflectat de 10 ori mai puțină lumină decât toate celelalte materiale super-negre, inclusiv Vantablack. În cazul în care materialul conținea umflături sau crestături, sau caracteristici de orice fel, indiferent de unghiul din care era privit, aceste caracteristici ar fi fost invizibile, ascunse într-un vid de negru.
Cercetătorii nu sunt pe deplin siguri de mecanismul care contribuie la opacitatea materialului, dar bănuiesc că ar putea avea ceva de-a face cu combinația dintre aluminiul gravat, care este oarecum înnegrit, și nanotuburile de carbon. Oamenii de știință cred că pădurile de nanotuburi de carbon pot capta și transforma cea mai mare parte a luminii primite în căldură, reflectând foarte puțin din aceasta înapoi sub formă de lumină, dând astfel CNT-urilor o nuanță deosebit de neagră.
„Se știe că pădurile de CNT-uri de diferite varietăți sunt extrem de negre, dar lipsește o înțelegere mecanică a motivului pentru care acest material este cel mai negru. Acest lucru trebuie studiat în continuare”, spune Wardle.
Materialul capătă deja interes în comunitatea aerospațială. Astrofizicianul și laureatul Premiului Nobel John Mather, care nu a fost implicat în cercetare, explorează posibilitatea de a folosi materialul lui Wardle ca bază pentru o umbră stelară – o umbră neagră masivă care ar proteja un telescop spațial de lumina difuză.
„Instrumentele optice, cum ar fi camerele și telescoapele, trebuie să scape de strălucirea nedorită, astfel încât să poți vedea ceea ce vrei să vezi”, spune Mather. „Ați dori să vedeți un Pământ care orbitează în jurul unei alte stele? Avem nevoie de ceva foarte negru. … Și acest negru trebuie să fie rezistent pentru a rezista la lansarea unei rachete. Vechile versiuni erau păduri fragile de blană, dar acestea sunt mai mult ca niște epuratoare de oale – construite pentru a suporta abuzuri.”
*O versiune anterioară a acestei știri a afirmat că noul material captează mai mult de 99,96% din lumina care intră. Acest număr a fost actualizat pentru a fi mai precis; materialul absoarbe cel puțin 99,995 din lumina care intră.
>.