Het donkerste materiaal ter wereld

Wetenschappers hebben in 2014 het donkerste commercieel verkrijgbare materiaal ter wereld gemaakt, Vantablack genaamd. Daarna hebben ze zichzelf overtroffen en een nog donkerdere versie gemaakt. Maar in 2019 werd Vantablack omvergeworpen door een nieuw materiaal dat het zwartste en donkerste materiaal ter wereld werd.

Vantablack werd gemaakt door een Brits bedrijf genaamd Surrey NanoSystems, en het absorbeerde oorspronkelijk alle behalve 0,035% van het visuele licht toen het voor het eerst uitkwam in 2014. Het bedrijf ontwikkelde vervolgens een nieuwe versie van Vantablack die rechtstreeks op andere objecten kon worden gespoten. Deze versie was zo zwart dat er nergens ter wereld een optische spectrometer (een apparaat dat de golflengte van licht meet) beschikbaar was met de gevoeligheid om het te testen. Het materiaal absorbeerde zelfs licht van een laser.

Vantablack is samengesteld uit miljoenen koolstof nanobuisjes die zo klein zijn dat elk individueel nanobuisje een diameter heeft van ongeveer 20 nanometer. Dat is 3.500 keer kleiner dan de diameter van een menselijke haar. Wanneer licht het oppervlak van Vantablack raakt, komt het in de ruimte tussen de miljoenen nanobuisjes. Wanneer het licht zich binnen de nanobuisstructuur beweegt, wordt het geabsorbeerd en kan het niet worden weerkaatst. Dit resulteert in een zwart oppervlak dat zo dicht mogelijk in de buurt komt van hoe een zwart gat eruit zou zien, aangezien het bijna geen licht weerkaatst. Aangenomen wordt dat een vierkante centimeter van het oppervlak een miljard nanobuisjes bevat, aldus Surrey NanoSystems.

Het uiterlijk van Vantablack levert dramatische effecten op omdat er bijna geen weerkaatsing van licht is. Wanneer het op een driedimensionaal voorwerp wordt aangebracht, lijkt het voorwerp in feite tweedimensionaal te zijn. Aangezien Vantablack een ander oppervlak bedekt, is het bijna onmogelijk om te zien hoe het oppervlak eruit ziet. Alle plooien of vouwen op een oppervlak lijken vlak of alsof er niets is. Het menselijk oog is niet in staat om eventuele oppervlakteveranderingen waar te nemen zonder de weerkaatsing van licht.

Vantablack wordt gemaakt door middel van een proces in een chemische dampdepositie kamer die lampen gebruikt om de temperatuur van het oppervlak te verhogen tot 430º Celsius. Volgens Surrey NanoSystems laat dit een koolstof “nanotube forest groeien,” en de naam is afgeleid van de term Vertically Aligned NanoTube Arrays. Natuurlijk is het veel ingewikkelder dan dat.

Vantablack kan worden gebruikt voor vele toepassingen waar licht niet gewenst is. Enkele voorbeelden die het bedrijf geeft voor het gebruik ervan zijn sensoren, satelliet calibratie, infrarood camera’s, en luxe producten. Het wordt zelfs getest in de wereld van de kunst. Hier is een video van het in actie.

Maar dat is niet het einde van het verhaal over wie het donkerste materiaal ter wereld heeft geproduceerd. In september 2019 produceerden ingenieurs van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), onder leiding van Brian Wardle en Kehang Cui, een materiaal dat tien keer zwarter was dan elk materiaal daarvoor, namelijk Vantablack.

Dit materiaal was ook gemaakt van koolstof nanobuisjes, maar het verschil met het materiaal van de MIT-onderzoekers in vergelijking met Vantablack, is dat het werd gekweekt op chloor-geëtst aluminiumfolie.

Het MIT-team had zich niet ten doel gesteld een donkerder materiaal te produceren dan wat er eerder was gekomen. Zij probeerden koolstofnanobuisjes op aluminiumfolie te kweken om de thermische en elektrische geleidingseigenschappen van het aluminium te verbeteren. Het probleem was echter dat de folie snel zou oxideren wanneer het aan lucht werd blootgesteld, wat tenietdeed aan wat ze probeerden te bereiken.

Om het oxidatieproces tegen te gaan, legde het team de folie in zout water en plaatste het vervolgens in een oven om de koolstofnanobuisjes te laten groeien. Het resultaat was wat ze wilden. Een materiaal dat betere elektrische en thermische eigenschappen had dan voorheen, maar wat hen ook opviel was dat het nieuwe materiaal heel erg zwart was. Na meting van de reflectie van het materiaal ontdekten ze dat het ongeveer 99,995% van het licht absorbeerde, waardoor het nog donkerder en zwarter was dan Vantablack.

Wardle en Chi vroegen een patent aan op hun nieuwe proces en maakten het gratis voor kunstenaars om te gebruiken in niet-commerciële projecten. Alleen de tijd zal leren wie er met een nog donkerder materiaal komt dat nog zwarter is dan wat er op dit moment geproduceerd is, iets wat zelfs deze onderzoekers geloven dat zal gebeuren.

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

Wil je je verdiepen in meer feiten? Probeer dan de serie The Wonderful World of Completely Random Facts, hier op Medium.

Vind nog meer interessante feiten in de vier delen van Knowledge Stew: The Guide to the Most Interesting Facts in the World.

Meer geweldige verhalen wachten op u bij Knowledge Stew.