Met excuses aan "Spinal Tap, " het lijkt erop dat zwart kan, inderdaad, meer zwart worden.

MIT-ingenieurs melden vandaag dat ze een materiaal hebben gemaakt dat 10 keer zwarter is dan alles wat eerder is gemeld. Het materiaal is gemaakt van verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes, of CNT's - microscopisch kleine filamenten van koolstof, als een wazig bos van kleine bomen, dat het team groeide op een oppervlak van met chloor geëtste aluminiumfolie. De folie vangt meer dan 99,96 procent van het invallende licht op, waardoor het het zwartste materiaal ooit is.

De onderzoekers hebben hun bevindingen vandaag in het tijdschrift gepubliceerd ACS-toegepaste materialen en interfaces . Ze tonen ook het mantelachtige materiaal als onderdeel van een nieuwe tentoonstelling vandaag op de New York Stock Exchange, getiteld "De verlossing van ijdelheid."

Het kunstwerk, een samenwerking tussen Brian Wardle, hoogleraar luchtvaart en ruimtevaart aan het MIT, en zijn groep, en MIT artist-in-residence Diemut Strebe, heeft een natuurlijke gele diamant van 16,78 karaat, geschat op $ 2 miljoen, die het team bekleedde met de nieuwe, ultrazwart CNT-materiaal. Het effect is fascinerend:de edelsteen, normaal briljant gefacetteerd, verschijnt als een flat, zwarte leegte.

Wardle zegt dat het CNT-materiaal, afgezien van het maken van een artistiek statement, kan ook van praktisch nut zijn, bijvoorbeeld in optische oogkleppen die ongewenste verblinding verminderen, om ruimtetelescopen te helpen bij het spotten van exoplaneten in een baan om de aarde.

"Er zijn optische en ruimtewetenschappelijke toepassingen voor zeer zwarte materialen, en uiteraard, kunstenaars zijn geïnteresseerd in zwart, die teruggaat tot ver voor de Renaissance, "zegt Wardle. "Ons materiaal is 10 keer zwarter dan alles wat ooit is gerapporteerd, maar ik denk dat het zwartste zwart een constant bewegend doelwit is. Iemand zal een zwarter materiaal vinden, en uiteindelijk zullen we alle onderliggende mechanismen begrijpen, en zal in staat zijn om het ultieme zwart op de juiste manier te engineeren."

Wardle's co-auteur op het papier is voormalig MIT-postdoc Kehang Cui, nu een professor aan de Shanghai Jiao Tong University.

In de leegte

Wardle en Cui waren niet van plan om een ​​ultrazwart materiaal te maken. In plaats daarvan, ze experimenteerden met manieren om koolstofnanobuisjes te laten groeien op elektrisch geleidende materialen zoals aluminium, om hun elektrische en thermische eigenschappen te versterken.

Maar in een poging om CNT's op aluminium te laten groeien, Cui liep tegen een barrière aan, letterlijk:een altijd aanwezige oxidelaag die aluminium bedekt als het wordt blootgesteld aan lucht. Deze oxidelaag werkt als een isolator, elektriciteit en warmte blokkeren in plaats van geleiden. Terwijl hij op zoek was naar manieren om de oxidelaag van aluminium te verwijderen, Cui vond een oplossing in zout, of natriumchloride.

Destijds, Wardle's groep gebruikte zout en andere pantryproducten, zoals zuiveringszout en wasmiddel, koolstofnanobuisjes te laten groeien. In hun tests met zout, Cui merkte op dat chloride-ionen aan het oppervlak van aluminium aan het wegvreten waren en de oxidelaag oplosten.

"Dit etsproces is gebruikelijk voor veel metalen, " zegt Cui. "Bijvoorbeeld schepen hebben last van corrosie van oceaanwater op basis van chloor. Nu gebruiken we dit proces in ons voordeel."

Cui ontdekte dat als hij aluminiumfolie in zout water weekte, hij zou de oxidelaag kunnen verwijderen. Vervolgens bracht hij de folie over naar een zuurstofvrije omgeving om heroxidatie te voorkomen, en tenslotte, plaatste het geëtste aluminium in een oven, waar de groep technieken uitvoerde om koolstofnanobuisjes te laten groeien via een proces dat chemische dampafzetting wordt genoemd.

Door de oxidelaag te verwijderen, konden de onderzoekers koolstofnanobuisjes kweken op aluminium, bij veel lagere temperaturen dan ze anders zouden doen, met ongeveer 100 graden Celsius. Ze zagen ook dat de combinatie van CNT's op aluminium de thermische en elektrische eigenschappen van het materiaal aanzienlijk verbeterde - een bevinding die ze verwachtten.

Wat hen verraste was de kleur van het materiaal.

"Ik herinner me dat ik opmerkte hoe zwart het was voordat ik er koolstofnanobuisjes op kweekte, en dan na de groei, het zag er nog donkerder uit, Cui herinnert zich. "Dus ik dacht dat ik de optische reflectie van het monster moest meten.

"Onze groep richt zich meestal niet op optische eigenschappen van materialen, maar dit werk vond plaats op hetzelfde moment als onze kunstwetenschappelijke samenwerkingen met Diemut, dus kunst beïnvloedde de wetenschap in dit geval, ' zegt Ward.

Wardle en Cui, die een patent hebben aangevraagd op de technologie, maken het nieuwe CNT-proces vrij beschikbaar voor elke kunstenaar om te gebruiken voor een niet-commercieel kunstproject.

"Gebouwd om misbruik tegen te gaan"

Cui heeft de hoeveelheid licht gemeten die door het materiaal wordt weerkaatst, niet alleen rechtstreeks van bovenaf, maar ook vanuit elke andere mogelijke hoek. De resultaten toonden aan dat het materiaal meer dan 99,995 procent van het invallende licht absorbeerde, vanuit elke hoek. In essentie, als het materiaal hobbels of ribbels bevat, of kenmerken van welke aard dan ook, vanuit welke hoek het ook werd bekeken, deze functies zouden onzichtbaar zijn, verduisterd in een leegte van zwart.

De onderzoekers zijn niet helemaal zeker van het mechanisme dat bijdraagt ​​aan de ondoorzichtigheid van het materiaal, maar ze vermoeden dat het iets te maken heeft met de combinatie van geëtst aluminium, die wat zwartgeblakerd is, met de koolstof nanobuisjes. Wetenschappers geloven dat bossen van koolstofnanobuisjes het meeste binnenkomende licht kunnen vasthouden en omzetten in warmte, heel weinig ervan weerkaatsen als licht, waardoor CNT's een bijzonder zwarte tint krijgen.

"CNT-bossen van verschillende variëteiten staan ​​​​bekend als extreem zwart, maar er is een gebrek aan mechanisch begrip waarom dit materiaal het zwartst is. Dat behoeft nader onderzoek, ' zegt Ward.