A Vantablack nevű anyag, amely a ráeső fény 99,96 százalékát képes elnyelni, a világ legfeketébb anyagaként rengeteg figyelmet kapott: a tudósok az űrben tesztelték, a BMW pedig az X6 SUV-jának feltűnő fényezéséhez használta. Az MIT mérnökei azonban most azt állítják, hogy egy minden korábbinál tízszer feketébb anyagot állítottak elő, ami különösen az űrkutatásban jelenthet hasznos előnyöket.

Az új anyag tulajdonképpen bizonyos értelemben véletlenül jött létre, mivel az MIT mérnökei Brian Wardle űrhajózási és űrhajózási professzor vezetésével a szén nanocsövek (CNT-k) elektromos vezetőképességével kísérleteztek, amelyeket olyan anyagokra növesztettek, mint az alumínium. De amikor megoldást találtak egy útközben felmerült problémára, a csapat talán véletlenül felfedezte, hogyan lehet az ultra-fekete anyagokat még sötétebb területre vinni.

Amikor a CNT-ket alumíniumon próbálták növeszteni, ami tulajdonképpen a Vantablack és más ultra-fekete anyagok előállításának módja a kémiai gőzfázisú leválasztással együtt, a csapat folyamatosan azt tapasztalta, hogy az alumínium levegővel való érintkezésekor oxidrétegek képződnek. Azzal azonban, hogy az alumíniumfóliát sós vízbe áztatták, mielőtt a CNT-k növesztéséhez a sütőbe tették, a csapat teljesen el tudta kerülni az oxidréteget.

Az oxidréteggel való küzdelem nélkül a csapat ezután sokkal alacsonyabb hőmérsékleten tudta növeszteni a szén nanocsöveket az alumíniumon, mint korábban lehetséges volt, egészen pontosan körülbelül 100 °C-kal hűvösebb hőmérsékleten. Ez jelentős javulást hozott az anyag termikus és elektromos tulajdonságaiban, ami nem érte meglepetésként a tudósokat. Ami azonban váratlanul érte őket, az az volt, hogy az anyag mennyire sötétnek tűnt.

“Emlékszem, hogy észrevettem, milyen fekete volt a szén nanocsövek növesztése előtt, majd a növesztés után még sötétebbnek tűnt” – mondja Kehang Cui, az MIT korábbi posztdoktora és a tanulmány társszerzője. “Ezért gondoltam, hogy meg kellene mérni a minta optikai visszaverő képességét.”

A csapat elemzése során nem csak azt vizsgálták, hogy az anyag mit képes visszaverni, ha közvetlenül felülről érkező fénynek van kitéve, hanem minden lehetséges szögből. Ebből kiderült, hogy az anyag az összes ráeső fény legalább 99,995 százalékát elnyelte, jelentősen felülmúlva a hasonló anyagok, köztük a sokat ünnepelt Vantablack fényelnyelő képességét.

“Az összes többi szuperfekete anyag közzétett fényvisszaverő képességét a látható spektrumban, valamint a közeli infravörös és infravörös tartományban összefoglaljuk a tanulmányunkban, és látható, hogy a mi anyagunk 10-szer kevesebb fényt ver vissza a látható spektrumban bármely adott hullámhosszon, mint a következő legkevésbé fényvisszaverő anyag, és legalább 10-szer kevesebbet, mint a Vantablack az ő adataik alapján” – mondta Wardle a New Atlasnak.

Az új ultrafekete anyag mögötti pontos mechanizmusok megismerése még további munkát igényel, bár a tudósok gyanítják, hogy ez azzal függ össze, ahogyan ezek a szén nanocsövekből álló erdők csapdába ejtik a fényt és hővé alakítják azt. Bár a pontos okok kiderítéséhez további vizsgálatokra lesz szükség, ez az új, legfeketébb fekete anyag máris némi érdeklődést vált ki bizonyos tudományos közösségekben.

A csapat egyelőre egy 2 millió dolláros gyémánt bevonataként mutatta be az anyagot, amely a sok fazont és bonyolult részletet egy élettelen fekete ürességgel helyettesítette. Az ilyen anyagok legtisztább alkalmazási lehetőségei azonban az űrkutatás területén vannak.

Amikor távcsöveket és képalkotó műszereket távoli égitestek felé fordítanak tanulmányozás céljából, a folyamat fontos részét képezi más fényforrások elzárása, hogy azok ne szennyezzék a látómezőt. 2016-ban láthattuk a Vantablack egy változatát, amelyet egy műhold fedélzetén történő tesztelésre indítottak az űrbe, és az MIT-n kifejlesztett új anyag is hasonló utat járhat be. Az asztrofizikus és Nobel-díjas John Mather az egyik, aki az új anyag felhasználását vizsgálja az űrteleszkópokat az idegen fénytől védő korszerű árnyékolók építésében.

“Az anyagok optikai tulajdonságai nem a csoportom szakterülete, de számos tudóssal beszéltem a fekete anyagok optikai műszerekben és lézerekben való fénybefogási alkalmazásairól, különösen az exobolygók azonosítását és jellemzését segítő csillagárnyékok hatékonyságának növelése érdekében” – mondja Wardle.

A csapat kutatásait ismertető tanulmány az ACS-Applied Materials and Interfaces című folyóiratban jelent meg.

A csapat kutatásait ismertető tanulmány az ACS-Applied Materials and Interfaces című folyóiratban jelent meg.