Gebruik duisternis voor praktisch gebruik, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology hebben een laservermogensdetector ontwikkeld die is bedekt met 's werelds donkerste materiaal - een woud van koolstofnanobuisjes dat bijna geen licht reflecteert over het zichtbare en een deel van het infraroodspectrum.

NIST zal de nieuwe ultradonkere detector gebruiken, beschreven in een nieuw artikel in Nano-letters , * om nauwkeurige laservermogensmetingen uit te voeren voor geavanceerde technologieën zoals optische communicatie, op laser gebaseerde productie, zonne-energie conversie, en industriële en satellietgedragen sensoren.

Geïnspireerd door een artikel uit 2008 van het Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) over "het donkerste door de mens gemaakte materiaal ooit, "** het NIST-team gebruikte een schaarse reeks fijne nanobuisjes als coating voor een thermische detector, een apparaat dat wordt gebruikt om het laservermogen te meten. Een co-auteur aan de Stony Brook University in New York liet de coating van nanobuisjes groeien. De coating absorbeert laserlicht en zet het om in warmte, dat is geregistreerd in pyro-elektrisch materiaal (in dit geval lithiumtantalaat). De temperatuurstijging genereert een stroom, die wordt gemeten om het vermogen van de laser te bepalen. Hoe zwarter de coating, hoe efficiënter het licht absorbeert in plaats van het te weerkaatsen, en hoe nauwkeuriger de metingen.

De nieuwe NIST-detector reflecteert uniform minder dan 0,1 procent van het licht bij golflengten van diep violet bij 400 nanometer (nm) tot nabij-infrarood bij 4 micrometer (μm) en minder dan 1 procent van het licht in het infraroodspectrum van 4 tot 14 m. De resultaten zijn vergelijkbaar met die gerapporteerd voor het RPI-materiaal en in een paper uit 2009 van een Japanse groep. Het NIST-werk is uniek omdat de nanobuisjes werden gekweekt op pyro-elektrisch materiaal, terwijl de andere groepen ze op silicium kweekten. NIST-onderzoekers zijn van plan het gekalibreerde werkbereik van hun apparaat uit te breiden tot golflengten van 50 of zelfs 100 micrometer, om misschien een standaard te bieden voor terahertz-stralingsvermogen.

NIST maakte eerder detectorcoatings van verschillende materialen, inclusief platte nanobuismatten. De nieuwe coating is een verticaal bos van meerwandige nanobuisjes, elk minder dan 10 nanometer in diameter en ongeveer 160 micrometer lang. De diepe holtes kunnen licht helpen vangen, en het willekeurige patroon verspreidt elk gereflecteerd licht in verschillende richtingen. Het was technisch veeleisend om te meten hoeveel licht er over een breed spectrum werd gereflecteerd; het NIST-team besteedde honderden uren aan het gebruik van vijf verschillende methoden om de verdwijnende lage reflectie met voldoende precisie te meten. Drie van de vijf methoden omvatten vergelijkingen van de met nanobuisjes beklede detector met een gekalibreerde standaard.

Koolstofnanobuisjes bieden ideale eigenschappen voor thermische detectorcoatings, gedeeltelijk omdat het efficiënte warmtegeleiders zijn. Nikkel fosfor, bijvoorbeeld, reflecteert minder licht op sommige golflengten, maar geleidt ook geen warmte. De nieuwe materialen van koolstofnanobuisjes zijn ook donkerder dan de verschillende standaardreferentiematerialen van NIST voor zwarte kleur die jaren geleden zijn ontwikkeld om instrumenten te kalibreren.