Ekstremt mørke:Carbon nanorørskov dækker NISTs ultramørke detektor

Udnytte mørket til praktisk brug, forskere ved National Institute of Standards and Technology har udviklet en laserstrømdetektor belagt med verdens mørkeste materiale - en skov af kulnanorør, der næsten ikke reflekterer lys over det synlige og en del af det infrarøde spektrum.

NIST vil bruge den nye ultramørke detektor, beskrevet i et nyt papir i Nano bogstaver , * at foretage præcisionsmålinger af laserstrøm til avancerede teknologier såsom optisk kommunikation, laserbaseret fremstilling, konvertering af solenergi, og industrielle og satellitbårne sensorer.

Inspireret af et papir fra 2008 af Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) om "det mørkeste menneskeskabte materiale nogensinde, "** NIST -teamet brugte et sparsomt udvalg af fine nanorør som belægning til en termisk detektor, en enhed, der bruges til at måle lasereffekt. En medforfatter på Stony Brook University i New York voksede nanorørbelægningen. Belægningen absorberer laserlys og omdanner det til varme, som er registreret i pyroelektrisk materiale (lithiumtantalat i dette tilfælde). Temperaturstigningen genererer en strøm, som måles for at bestemme laserens effekt. Jo sortere belægningen, jo mere effektivt det absorberer lys i stedet for at reflektere det, og jo mere præcise målinger.

Den nye NIST -detektor reflekterer ensartet mindre end 0,1 procent af lyset ved bølgelængder fra dyb violet ved 400 nanometer (nm) til nær infrarød ved 4 mikrometer (μm) og mindre end 1 procent af lyset i det infrarøde spektrum fra 4 til 14 μm. Resultaterne ligner dem, der blev rapporteret for RPI -materialet og i et papir fra 2009 af en japansk gruppe. NIST -arbejdet er unikt ved, at nanorørene blev dyrket på pyroelektrisk materiale, hvorimod de andre grupper dyrkede dem på silicium. NIST -forskere planlægger at udvide det kalibrerede driftsområde for deres enhed til 50 eller endda 100 mikrometer bølgelængder, måske at levere en standard for terahertz strålingseffekt.

NIST har tidligere lavet detektorbelægninger af forskellige materialer, herunder flade nanorørmåtter. Den nye belægning er en lodret skov af multivæggede nanorør, hver mindre end 10 nanometer i diameter og ca. 160 mikrometer lang. De dybe hulninger kan hjælpe med at fange lys, og det tilfældige mønster diffunderer ethvert reflekteret lys i forskellige retninger. At måle, hvor meget lys der blev reflekteret over et bredt spektrum, var teknisk krævende; NIST -teamet brugte hundredvis af timer på at bruge fem forskellige metoder til at måle den forsvindende lave refleksion med tilstrækkelig præcision. Tre af de fem metoder involverede sammenligninger af den nanorørbelagte detektor med en kalibreret standard.

Carbon nanorør tilbyder ideelle egenskaber til termiske detektorbelægninger, dels fordi de er effektive varmeledere. Nikkel fosfor, for eksempel, reflekterer mindre lys ved nogle bølgelængder, men leder heller ikke varme. De nye carbon nanorørsmaterialer er også mørkere end NISTs forskellige standardreferencematerialer til sort farve, der blev udviklet for mange år siden for at kalibrere instrumenter.