Soms vereist helder zien compleet zwart. Voor astronomie en precisie-optica kan het coaten van apparaten met zwarte verf het strooilicht verminderen, de beelden verbeteren en de prestaties verbeteren. Voor de meest geavanceerde telescopen en optische systemen zijn alle kleine beetjes van belang, dus zoeken de fabrikanten naar de zwartste zwarttinten om ze te coaten.

In het Journal of Vacuum Science &Technology A Onderzoekers van de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie en de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een ultrazwarte dunne-filmcoating ontwikkeld voor magnesiumlegeringen van ruimtevaartkwaliteit. Hun coating absorbeert 99,3% van het licht en is tegelijkertijd duurzaam genoeg om te overleven onder zware omstandigheden.

Voor telescopen die in het vacuüm van de ruimte opereren, of voor optische apparatuur in extreme omgevingen zijn bestaande coatings vaak onvoldoende.

"Bestaande zwarte coatings zoals verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes of zwart silicium worden beperkt door kwetsbaarheid", zegt auteur Yunzhen Cao. "Het is voor veel andere coatingmethoden ook moeilijk om coatings aan te brengen in een buis of op andere gecompliceerde structuren. Dit is belangrijk voor hun toepassing in optische apparaten, omdat deze vaak een aanzienlijke kromming of ingewikkelde vormen hebben."

Om deze problemen op te lossen, wendden de onderzoekers zich tot atomaire laagdepositie (ALD). Bij deze op vacuüm gebaseerde productietechniek wordt het doel in een vacuümkamer geplaatst en achtereenvolgens blootgesteld aan specifieke soorten gas, die zich in dunne lagen aan het oppervlak van het object hechten.

"Een groot voordeel van de ALD-methode ligt in het uitstekende vermogen tot stapdekking, wat betekent dat we een uniforme filmdekking kunnen verkrijgen op zeer complexe oppervlakken, zoals cilinders, pilaren en greppels", aldus Cao.

Om hun ultrazwarte coating te maken, gebruikte het team afwisselende lagen aluminium-gedoteerd titaniumcarbide (TiAlC) en siliciumoxide (SiO₂ ). De twee materialen werken samen om te voorkomen dat bijna al het licht weerkaatst op het gecoate oppervlak.

"TiAlC fungeerde als een absorberende laag, en SiO₂ werd gebruikt om een ​​anti-reflectiestructuur te creëren", aldus Cao. "Als resultaat wordt bijna al het invallende licht gevangen in de meerlaagse film, waardoor een efficiënte lichtabsorptie wordt bereikt."

In tests vond het team een ​​gemiddelde absorptie van 99,3% over een breed scala aan lichtgolflengten, van violet licht op 400 nanometer helemaal tot nabij-infrarood op 1.000 nanometer. Met behulp van een speciale barrièrelaag brachten ze hun coating zelfs aan op magnesiumlegeringen, die vaak worden gebruikt in lucht- en ruimtevaarttoepassingen, maar gemakkelijk corroderen.

"Bovendien vertoont de film uitstekende stabiliteit in ongunstige omgevingen en is hij sterk genoeg om wrijving, hitte, vochtige omstandigheden en extreme temperatuurveranderingen te weerstaan", aldus Cao.

De auteurs hopen dat hun coating zal worden gebruikt om ruimtetelescopen en optische hardware te verbeteren die onder de meest extreme omstandigheden werken, en werken eraan om de prestaties ervan verder te verbeteren.

"Nu de film meer dan 99,3% van het binnenkomende zichtbare licht kan absorberen, hopen we het lichtabsorptiebereik nog verder uit te breiden naar ultraviolette en infrarode gebieden", aldus Cao.

Meer informatie: Robuuste ultrazwarte film afgezet op magnesiumlegering met grote kromming door afzetting van atomaire lagen, Journal of Vacuum Science &Technology A (2024). DOI:10.1116/6.0003305

Aangeboden door American Institute of Physics