Ingeniører udvikler det sorteste sorte materiale til dato

Med undskyldninger til "Spinal Tap, "det ser ud til, at sort kan, Ja, få mere sort.

MIT-ingeniører rapporterer i dag, at de har kogt et materiale, der er 10 gange sortere end noget, der tidligere er blevet rapporteret. Materialet er lavet af lodret justerede carbon nanorør, eller CNT'er - mikroskopiske filamenter af kulstof, som en sløret skov af små træer, at holdet voksede på en overflade af klorætset aluminiumsfolie. Folien fanger mere end 99,96 procent af ethvert indkommende lys, gør det til det sorteste materiale nogensinde.

Forskerne har i dag offentliggjort deres resultater i tidsskriftet ACS-anvendte materialer og grænseflader . De viser også det kappe-lignende materiale som en del af en ny udstilling i dag på New York Stock Exchange, med titlen "Forfængelighedens forløsning".

Kunstværket, et samarbejde mellem Brian Wardle, professor i luftfart og astronautik ved MIT, og hans gruppe, og MIT artist-in-residence Diemut Strebe, har en 16,78 karat naturlig gul diamant, anslået til at være 2 millioner dollars værd, som teamet dækkede med det nye, ultrasort CNT-materiale. Effekten er arresterende:perlen, normalt strålende facetteret, fremstår som en flad, sort tomrum.

Wardle siger, at CNT-materialet, bortset fra at komme med et kunstnerisk udsagn, kan også være til praktisk nytte, for eksempel i optiske skyklapper, der reducerer uønsket blænding, at hjælpe rumteleskoper med at finde kredsende exoplaneter.

"Der er optiske og rumvidenskabelige applikationer til meget sorte materialer, og selvfølgelig, kunstnere har været interesserede i sort, går tilbage langt før renæssancen, "Wardle siger." Vores materiale er 10 gange sortere end noget, der nogensinde er blevet rapporteret, men jeg tror, ​​at den sorteste sort er et mål i konstant bevægelse. Nogen vil finde et mere sort materiale, og til sidst vil vi forstå alle de underliggende mekanismer, og vil være i stand til korrekt at konstruere den ultimative sort."

Wardles medforfatter på papiret er tidligere MIT postdoc Kehang Cui, nu professor ved Shanghai Jiao Tong University.

Ind i tomrummet

Wardle og Cui havde ikke til hensigt at konstruere et ultrasort materiale. I stedet, de eksperimenterede med måder at dyrke kulstof nanorør på elektrisk ledende materialer såsom aluminium, for at øge deres elektriske og termiske egenskaber.

Men i forsøget på at dyrke CNT'er på aluminium, Cui løb op mod en barriere, bogstaveligt talt:et altid tilstedeværende lag af oxid, der dækker aluminium, når det udsættes for luft. Dette oxidlag fungerer som en isolator, blokerer frem for at lede elektricitet og varme. Mens han gik rundt efter måder at fjerne aluminiums oxidlag, Cui fandt en opløsning i salt, eller natriumchlorid.

Dengang Wardles gruppe brugte salt og andre spisekammerprodukter, såsom bagepulver og vaskemiddel, at dyrke kulstof nanorør. I deres test med salt, Cui bemærkede, at chloridioner tærede på aluminiums overflade og opløste dets oxidlag.

"Denne ætsningsproces er almindelig for mange metaller, "Cui siger." For eksempel, skibe lider af korrosion af klorbaseret havvand. Nu bruger vi denne proces til vores fordel. "

Cui fandt ud af, at hvis han gennemblødte aluminiumsfolie i saltvand, han kunne fjerne oxidlaget. Han overførte derefter folien til et iltfrit miljø for at forhindre reoxidation, og endelig, placerede det ætsede aluminium i en ovn, hvor gruppen udførte teknikker til at dyrke kulstofnanorør via en proces kaldet kemisk dampaflejring.

Ved at fjerne oxidlaget, forskerne var i stand til at dyrke carbon nanorør på aluminium, ved meget lavere temperaturer, end de ellers ville, omkring 100 grader celsius. De så også, at kombinationen af ​​CNT'er på aluminium væsentligt forbedrede materialets termiske og elektriske egenskaber - et fund, som de forventede.

Det, der overraskede dem, var materialets farve.

"Jeg kan huske, at jeg lagde mærke til, hvor sort det var, før jeg dyrkede carbon nanorør på det, og så efter vækst, det så endnu mørkere ud, "Cui husker. "Så jeg tænkte, at jeg skulle måle den optiske reflektans af prøven.

"Vores gruppe fokuserer normalt ikke på optiske egenskaber ved materialer, men dette arbejde foregik samtidig med vores kunst-videnskabelige samarbejder med Diemut, så kunst påvirkede videnskaben i dette tilfælde, " siger Wardle.

Wardle og Cui, som har ansøgt om patent på teknologien, gør den nye CNT-proces frit tilgængelig for enhver kunstner til brug for et ikke-kommercielt kunstprojekt.

"Bygget til at tage imod misbrug"

Cui målte mængden af ​​lys reflekteret af materialet, ikke kun fra direkte overhead, men også fra alle andre mulige vinkler. Resultaterne viste, at materialet absorberede mere end 99,995 procent af det indkommende lys, fra alle vinkler. I det væsentlige, hvis materialet indeholdt buler eller kamme, eller funktioner af enhver art, uanset hvilken vinkel det blev set fra, disse funktioner ville være usynlige, skjult i et tomrum af sort.

Forskerne er ikke helt sikre på mekanismen, der bidrager til materialets opacitet, men de har mistanke om, at det kan have noget at gøre med kombinationen af ​​ætset aluminium, som er noget sort, med kulstof nanorør. Forskere mener, at skove af kulstofnanorør kan fange og omdanne det meste indkommende lys til varme, reflekterer meget lidt af det tilbage som lys, derved giver CNT'er en særlig sort nuance.

"CNT-skove af forskellige sorter er kendt for at være ekstremt sorte, men der mangler en mekanistisk forståelse af, hvorfor dette materiale er det sorteste. Det kræver yderligere undersøgelse, " siger Wardle.