Met een vermogen om 99,96 procent van het licht dat erop valt op te vangen, heeft het materiaal dat bekend staat als Vantablack veel aandacht gekregen als ’s werelds zwartste materiaal, met wetenschappers die het in de ruimte testen en BMW die het gebruikt om zijn X6 SUV een opvallende verflaag te geven. Maar MIT-ingenieurs beweren nu dat ze een materiaal hebben geproduceerd dat 10 keer zwarter is dan alles wat ervoor werd gemaakt, een vooruitgang die nuttige voordelen kan hebben voor met name ruimteverkenning.

Het nieuwe materiaal ontstond eigenlijk bij toeval, omdat MIT-ingenieurs onder leiding van professor luchtvaart en astronautica Brian Wardle experimenteerden met de elektrische geleidbaarheid van koolstofnanobuizen (CNT’s) die op materialen zoals aluminium waren gegroeid. Maar bij het vinden van een oplossing voor een probleem dat ze onderweg tegenkwamen, kan het team onbedoeld een manier hebben ontdekt om ultrazwarte materialen naar een nog donkerder gebied te brengen.

Bij pogingen om CNT’s op alumnium te laten groeien, wat eigenlijk is hoe Vantablack en andere ultrazwarte materialen worden geproduceerd samen met chemische dampdepositie, bleef het team lagen oxide vinden die zich vormden als het aluminium aan lucht werd blootgesteld. Maar door het aluminiumfolie in zout water te weken alvorens het in de oven te plaatsen om hun CNTs te laten groeien, was het team in staat om de oxidelaag helemaal te vermijden.

Zonder de oxidelaag om mee te kampen, was het team toen in staat om de koolstof nanobuisjes op het aluminium bij veel lagere temperaturen te laten groeien dan eerder mogelijk was, bij ongeveer 100° C koeler (180° F), om precies te zijn. Dit leidde tot een aanzienlijke verbetering van de thermische en elektrische eigenschappen van het materiaal, wat voor de wetenschappers niet als een verrassing kwam. Wat hen echter wel verraste, was hoe donker het materiaal leek te zijn.

“Ik herinner me dat ik zag hoe zwart het was voordat ik er koolstofnanobuisjes op liet groeien, en na de groei zag het er nog donkerder uit,” zegt voormalig MIT-postdoc en co-auteur van de studie Kehang Cui. “Dus dacht ik dat ik de optische reflectie van het monster moest meten.”

Bij de analyse van het team werd niet alleen gekeken naar wat het materiaal kon reflecteren wanneer het werd onderworpen aan licht van recht boven het hoofd, maar vanuit elke mogelijke hoek. Hieruit bleek dat het materiaal ten minste 99,995 procent van al het licht absorbeerde dat het raakte, aanzienlijk beter dan de lichtabsorberende capaciteiten van soortgelijke materialen, waaronder het veel gevierde Vantablack.

“De gepubliceerde reflectiviteit van alle andere superzwarte materialen in het zichtbare spectrum, en in de buurt van IR en IR, zijn samengevat in ons paper, en ons materiaal kan worden gezien om 10 keer minder licht te reflecteren in het zichtbare spectrum op elke gegeven golflengte dan het volgende minst reflecterende materiaal, en ten minste 10 keer minder dan Vantablack op basis van hun gegevens,” vertelt Wardle aan New Atlas.

Om de exacte mechanismen achter dit nieuwe ultrazwarte materiaal te begrijpen, is nog meer werk nodig, hoewel de wetenschappers vermoeden dat het te maken heeft met de manier waarop deze bossen van koolstof nanobuisjes licht vangen en omzetten in warmte. Hoewel het verder onderzoek zal vergen om de exacte redenen vast te pinnen, wekt dit nieuwe zwartste van de zwarte materialen al enige belangstelling in bepaalde wetenschappelijke gemeenschappen.

Voorlopig heeft het team het materiaal gedemonstreerd als een coating voor een diamant van $ 2-miljoen, waarbij de vele facetten en ingewikkelde details werden vervangen door een levenloze zwarte leegte. De duidelijkste potentiële toepassingen voor dit soort materialen liggen echter in het domein van de ruimteverkenning.

Wanneer telescopen en beeldvormingsinstrumenten voor studie naar verre hemellichamen worden gedraaid, is het blokkeren van andere lichtbronnen, zodat ze het gezichtsveld niet vervuilen, een belangrijk onderdeel van het proces. In 2016 zagen we een versie van Vantablack gelanceerd in de ruimte voor testen aan boord van een satelliet, en het nieuwe materiaal ontwikkeld aan het MIT zou een vergelijkbare weg kunnen volgen. Astrofysicus en Nobelprijswinnaar John Mather is iemand die onderzoekt of dit nieuwe materiaal kan worden gebruikt bij de constructie van geavanceerde schaduwen die ruimtetelescopen bewaken tegen vreemd licht.

“Optische eigenschappen van materialen zijn niet de specialiteit van mijn groep, maar ik heb met tal van wetenschappers gesproken over licht-vangende toepassingen van zwarte materialen in optische instrumenten en lasers, met name voor verbeterde effectiviteit van sterrenkappen die helpen bij exoplanet-identificatie en -karakterisering,” zegt Wardle.

Een paper waarin het onderzoek van het team wordt beschreven, is gepubliceerd in het tijdschrift ACS-Applied Materials and Interfaces.