Los ingenieros desarrollan & # 039; blackest black & # 039; material hasta la fecha

Los ingenieros del MIT informan hoy que han preparado un material que es 10 veces más negro que cualquier cosa que se haya informado anteriormente. El material está hecho de nanotubos de carbono alineados verticalmente, o CNT, filamentos microscópicos de carbono, como un bosque borroso de pequeños árboles, que el equipo creció en una superficie de papel de aluminio grabado con cloro. La lámina captura más del 99.96 por ciento de cualquier luz entrante, por lo que es el material más negro registrado.

Los investigadores han publicado sus hallazgos hoy en la revista. Materiales e interfaces aplicados por ACS. También están exhibiendo el material en forma de capa como parte de una nueva exhibición hoy en la Bolsa de Nueva York, titulada "La redención de la vanidad".

La obra de arte, una colaboración entre Brian Wardle, profesor de aeronáutica y astronáutica en el MIT, y su grupo, y el artista en residencia del MIT Diemut Strebe, presenta un diamante amarillo natural de 16,78 quilates, con un valor estimado de $ 2 millones, que el equipo recubierto con el nuevo material CNT ultra negro. El efecto es deslumbrante: la gema, normalmente de facetas brillantes, aparece como un vacío plano y negro.

Wardle dice que el material de la CNT, además de hacer una declaración artística, también puede ser de uso práctico, por ejemplo, en anteojos ópticos que reducen el deslumbramiento no deseado, para ayudar a los telescopios espaciales a detectar exoplanetas en órbita.

"Hay aplicaciones ópticas y de ciencia espacial para materiales muy negros, y por supuesto, los artistas han estado interesados ​​en el negro, que se remonta mucho antes del Renacimiento", dice Wardle. "Nuestro material es 10 veces más negro que cualquier cosa que se haya reportado, pero creo que el negro más negro es un objetivo en constante movimiento. Alguien encontrará un material más negro, y eventualmente entenderemos todos los mecanismos subyacentes y podremos ingeniero el último negro ".

El coautor de Wardle en el documento es el ex postdoc MIT Kehang Cui, ahora profesor en la Universidad Jiao Tong de Shanghai.

Dentro del vacío

Wardle y Cui no tenían la intención de diseñar un material ultra negro. En cambio, estaban experimentando con formas de cultivar nanotubos de carbono en materiales conductores de electricidad como el aluminio, para aumentar sus propiedades eléctricas y térmicas.

Pero al intentar cultivar CNT en aluminio, Cui se topó con una barrera, literalmente: una capa de óxido siempre presente que recubre el aluminio cuando está expuesto al aire. Esta capa de óxido actúa como un aislante, bloqueando en lugar de conducir electricidad y calor. Mientras buscaba formas de eliminar la capa de óxido de aluminio, Cui encontró una solución en sal o cloruro de sodio.

En ese momento, el grupo de Wardle estaba usando sal y otros productos de despensa, como bicarbonato de sodio y detergente, para cultivar nanotubos de carbono. En sus pruebas con sal, Cui notó que los iones de cloruro estaban carcomiendo la superficie del aluminio y disolviendo su capa de óxido.

"Este proceso de grabado es común para muchos metales", dice Cui. "Por ejemplo, los barcos sufren la corrosión del agua oceánica a base de cloro. Ahora estamos utilizando este proceso para nuestra ventaja".

Cui descubrió que si empapaba papel de aluminio en agua salada, podría eliminar la capa de óxido. Luego transfirió la lámina a un ambiente libre de oxígeno para evitar la reoxidación, y finalmente, colocó el aluminio grabado en un horno, donde el grupo llevó a cabo técnicas para cultivar nanotubos de carbono a través de un proceso llamado deposición química de vapor.

Al eliminar la capa de óxido, los investigadores pudieron cultivar nanotubos de carbono en aluminio, a temperaturas mucho más bajas de lo que lo harían, en unos 100 grados centígrados. También vieron que la combinación de CNT en aluminio mejoraba significativamente las propiedades térmicas y eléctricas del material, un hallazgo que esperaban.

Lo que los sorprendió fue el color del material.

"Recuerdo haber notado cuán negro era antes de cultivar nanotubos de carbono en él, y luego, después del crecimiento, se veía aún más oscuro", recuerda Cui. "Así que pensé que debería medir la reflectancia óptica de la muestra.

"Nuestro grupo generalmente no se enfoca en las propiedades ópticas de los materiales, pero este trabajo se estaba llevando a cabo al mismo tiempo que nuestras colaboraciones ciencia-arte con Diemut, por lo que el arte influyó en la ciencia en este caso", dice Wardle.

Wardle y Cui, que han solicitado una patente sobre la tecnología, están poniendo el nuevo proceso CNT a disposición de cualquier artista para que lo use en un proyecto de arte no comercial.

"Construido para soportar el abuso"

Cui midió la cantidad de luz reflejada por el material, no solo directamente desde arriba, sino también desde cualquier otro ángulo posible. Los resultados mostraron que el material absorbió más del 99.995 por ciento de la luz entrante, desde todos los ángulos. En esencia, si el material contuviera protuberancias o crestas, o características de cualquier tipo, sin importar desde qué ángulo se viera, estas características serían invisibles, oscurecidas en un vacío de negro.

Los investigadores no están completamente seguros del mecanismo que contribuye a la opacidad del material, pero sospechan que puede tener algo que ver con la combinación de aluminio grabado, que está algo ennegrecido, con los nanotubos de carbono. Los científicos creen que los bosques de nanotubos de carbono pueden atrapar y convertir la mayor parte de la luz entrante en calor, reflejando muy poca luz de regreso, dando así a los CNT un tono particularmente negro.

"Se sabe que los bosques de CNT de diferentes variedades son extremadamente negros, pero hay una falta de comprensión mecanicista de por qué este material es el más negro. Eso necesita más estudio", dice Wardle.