Vantablack-nimellä tunnettu materiaali imee 99,96 prosenttia siihen osuvasta valosta, ja se on saanut paljon huomiota maailman mustimpana materiaalina. Tutkijat ovat testanneet sitä avaruudessa, ja BMW on käyttänyt sitä antaakseen X6-maasturilleen huomiota herättävän maalauksen. MIT:n insinöörit väittävät nyt kuitenkin valmistaneensa materiaalin, joka on 10 kertaa mustempi kuin mikään aiempi, ja tämä edistysaskel voi olla hyödyllinen erityisesti avaruustutkimuksessa.

Uusi materiaali syntyi tavallaan vahingossa, kun MIT:n insinöörit, joita johti ilmailu- ja avaruustekniikan professori Brian Wardle, kokeilivat alumiinin kaltaisiin materiaaleihin kasvaneiden hiilen nanoputkien (carbon nanotubes, CNT) sähkönjohtavuutta. Mutta löytäessään ratkaisun matkan varrella kohtaamaansa ongelmaan tiimi saattoi epähuomiossa löytää keinon viedä ultramustat materiaalit vielä tummemmalle alueelle.

Kun yritettiin kasvattaa CNT:tä alumiinin päälle, millä tavalla Vantablackia ja muita ultramustia materiaaleja itse asiassa tuotetaan yhdessä kemiallisen kaasufaasipinnoituksen avulla, tiimi havaitsi jatkuvasti oksidikerrosten muodostuvan, kun alumiini altistui ilmalle. Mutta liottamalla alumiinifoliota suolavedessä ennen kuin se laitettiin uuniin CNT:iden kasvattamista varten, ryhmä pystyi välttämään oksidikerroksen muodostumisen kokonaan.

Kun oksidikerroksen puuttuessa ryhmä pystyi kasvattamaan hiilinanoputkia alumiinin päällä paljon alhaisemmissa lämpötiloissa kuin aiemmin oli mahdollista, tarkalleen ottaen noin 100 celsiusastetta viileämmässä (180 ° F). Tämä paransi merkittävästi materiaalin lämpö- ja sähköisiä ominaisuuksia, mikä ei tullut tutkijoille yllätyksenä. Heitä yllätti kuitenkin se, kuinka tumma materiaali näytti olevan.

”Muistan huomanneeni, kuinka musta se oli ennen hiilinanoputkien kasvattamista siihen, ja sitten kasvun jälkeen se näytti vielä tummemmalta”, sanoo MIT:n entinen postdoc ja tutkimuksen toinen kirjoittaja Kehang Cui. ”Joten ajattelin, että minun pitäisi mitata näytteen optinen heijastuskyky.”

Työryhmän analyysissä ei tarkasteltu vain sitä, mitä materiaali pystyi heijastamaan, kun siihen kohdistui valoa suoraan yläpuolelta, vaan kaikista mahdollisista kulmista. Tämä paljasti, että materiaali imi vähintään 99,995 prosenttia kaikesta siihen osuneesta valosta, mikä on huomattavasti parempi kuin vastaavien materiaalien, kuten paljon ylistetyn Vantablackin, valoa absorboiva kyky.

”Kaikkien muiden supermustien materiaalien julkaistut heijastuskyvyt näkyvässä spektrissä sekä lähellä IR- ja IR-aluetta on tiivistetty paperissamme, ja materiaalimme voidaan nähdä heijastavan 10 kertaa vähemmän valoa koko näkyvässä spektrissä millä tahansa aallonpituudella kuin seuraavaksi vähiten valoa heijastava materiaali, ja vähintään 10 kertaa vähemmän kuin Vantablack heidän tietojensa perusteella”, Wardle kertoo New Atlasille.

Tämän uuden ultramustan materiaalin tarkkojen mekanismien ymmärtäminen vaatii vielä lisää työtä, vaikka tutkijat epäilevätkin, että se liittyy tapaan, jolla nämä hiilinanoputkien metsät vangitsevat valoa ja muuttavat sen lämmöksi. Vaikka tarkkojen syiden selvittäminen vaatii lisätutkimuksia, tämä uusi mustimmista mustimmista materiaaleista herättää jo nyt kiinnostusta tietyissä tiedeyhteisöissä.

Toistaiseksi työryhmä on demonstroinut materiaalia kahden miljoonan dollarin hintaisen timantin pinnoitteena, joka korvaa sen lukuisat särmikkäät yksityiskohdat elottomalla mustalla tyhjyydellä. Selkeimmät potentiaaliset sovellukset tällaisille materiaaleille löytyvät kuitenkin avaruustutkimuksen alalta.

Kun teleskooppeja ja kuvantamislaitteita käännetään kohti kaukaisia taivaankappaleita tutkittavaksi, muiden valonlähteiden sulkeminen pois, jotta ne eivät saastuta näkökenttää, on tärkeä osa prosessia. Vuonna 2016 näimme Vantablackin version laukaistuna avaruuteen testattavaksi satelliitissa, ja MIT:ssä kehitetty uusi materiaali voisi kulkea samanlaista tietä. Astrofyysikko ja Nobel-palkittu John Mather on yksi niistä, jotka tutkivat tämän uuden materiaalin käyttöä edistyksellisten varjostimien rakentamisessa, jotka suojaavat avaruusteleskooppeja vieraalta valolta.

”Materiaalien optiset ominaisuudet eivät ole ryhmäni erikoisalaa, mutta olen puhunut lukuisten tutkijoiden kanssa mustien materiaalien valonsieppaussovelluksista optisissa instrumenteissa ja lasereissa, erityisesti eksoplaneettojen tunnistamisessa ja karakterisoinnissa avustavien tähtivarjostimien tehostamiseksi”, Wardle sanoo.

Ryhmän tutkimusta kuvaava artikkeli julkaistiin ACS-Applied Materials and Interfaces -tiedelehdessä.