Das dunkelste Material der Welt

Wissenschaftler erschufen 2014 das dunkelste kommerziell erhältliche Material der Welt namens Vantablack. Dann haben sie sich selbst übertroffen und eine noch dunklere Version hergestellt. Doch 2019 wurde Vantablack von einem neuen Material abgelöst, das zum schwärzesten und dunkelsten Material der Welt wurde.

Vantablack wurde von einem britischen Unternehmen namens Surrey NanoSystems entwickelt und absorbierte ursprünglich bis auf 0,035 % des sichtbaren Lichts, als es 2014 erstmals auf den Markt kam. Dann entwickelte das Unternehmen eine neue Version von Vantablack, die direkt auf andere Objekte gesprüht werden konnte. Diese Version war so schwarz, dass es weltweit kein optisches Spektrometer (ein Gerät, das die Wellenlänge von Licht misst) mit der nötigen Empfindlichkeit gab, um es zu testen. Das Material absorbierte sogar das Licht eines Lasers.

Vantablack besteht aus Millionen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die so klein sind, dass jedes einzelne Nanoröhrchen einen Durchmesser von etwa 20 Nanometern hat. Das ist 3.500 Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Wenn Licht auf die Oberfläche des Vantablacks trifft, tritt es in den Raum zwischen den Millionen von Nanoröhrchen ein. Wenn sich das Licht innerhalb der Nanoröhrenstruktur bewegt, wird es absorbiert und kann nicht reflektiert werden. Das Ergebnis ist eine schwarze Oberfläche, die dem Aussehen eines schwarzen Lochs am nächsten kommt, da sie fast kein Licht reflektiert. Man geht davon aus, dass ein Quadratzentimeter der Oberfläche eine Milliarde Nanoröhren enthält, so Surrey NanoSystems.

Das Erscheinungsbild von Vantablack führt zu dramatischen Effekten, da es fast keine Lichtreflexion gibt. Wenn es auf ein dreidimensionales Objekt aufgetragen wird, erscheint das Objekt tatsächlich zweidimensional zu sein. Da Vantablack eine andere Oberfläche beschichtet, ist es fast unmöglich zu sehen, wie die Oberfläche aussieht. Falten oder Knicke auf einer Oberfläche erscheinen flach oder als ob nichts vorhanden wäre. Das menschliche Auge ist nicht in der Lage, Oberflächenveränderungen ohne Lichtreflexion zu erkennen.

Vantablack wird durch ein Verfahren in einer Kammer für die chemische Gasphasenabscheidung hergestellt, in der Lampen verwendet werden, um die Temperatur der Oberfläche auf 430º Celsius zu erhöhen. Nach Angaben von Surrey NanoSystems kann dadurch ein „Nanoröhrenwald“ aus Kohlenstoff wachsen, und der Name leitet sich von dem Begriff Vertically Aligned NanoTube Arrays ab. Natürlich ist es viel komplizierter als das.

Vantablack kann für viele Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Licht nicht erwünscht ist. Einige Beispiele, die das Unternehmen nennt, sind Sensoren, Satellitenkalibrierung, Infrarotkameras und Luxusprodukte. Sogar in der Welt der Kunst wird es bereits getestet. Hier ist ein Video davon in Aktion.

Aber das ist noch nicht das Ende der Geschichte, wer das dunkelste Material der Welt hergestellt hat. Im September 2019 haben Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology (MIT) unter der Leitung von Brian Wardle und Kehang Cui ein Material hergestellt, das zehnmal schwärzer ist als jedes andere Material zuvor, nämlich Vantablack.

Dieses Material bestand ebenfalls aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aber der Unterschied zum Vantablack besteht darin, dass das Material der MIT-Forscher auf mit Chlor geätzter Aluminiumfolie gezüchtet wurde.

Das MIT-Team hatte sich nicht zum Ziel gesetzt, ein dunkleres Material als die bisherigen herzustellen. Vielmehr wollten sie Kohlenstoffnanoröhren auf Aluminiumfolie wachsen lassen, um die Wärme- und Stromleitungseigenschaften des Aluminiums zu verbessern. Das Problem war jedoch, dass die Folie schnell oxidierte, wenn sie der Luft ausgesetzt wurde, was das Ziel zunichte machte.

Um dem Oxidationsprozess entgegenzuwirken, legte das Team die Folie in Salzwasser und brachte sie dann in einen Ofen, um die Kohlenstoffnanoröhren wachsen zu lassen. Das Ergebnis war, was sie wollten. Ein Material, das bessere elektrische und thermische Eigenschaften aufwies als zuvor, aber was noch auffiel, war, dass das neue Material sehr, sehr schwarz war. Nachdem sie den Reflexionsgrad des Materials gemessen hatten, stellten sie fest, dass es etwa 99,995 % des auftreffenden Lichts absorbierte und damit noch dunkler und schwärzer war als Vantablack.

Wardle und Chi meldeten ihr neues Verfahren zum Patent an und stellten es Künstlern für nichtkommerzielle Projekte zur Verfügung. Nur die Zeit wird zeigen, wer ein noch dunkleres Material entwickelt, das noch schwärzer ist als das, was derzeit produziert wird, etwas, von dem selbst diese Forscher glauben, dass es passieren wird.

Quellen: Mirror Online, Science Alert, Business Insider, Surrey NanoSystems, Yahoo! News Canada, MIT News

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