Exploiter l'obscurité pour une utilisation pratique, des chercheurs de l'Institut national des normes et de la technologie ont développé un détecteur de puissance laser recouvert du matériau le plus sombre du monde - une forêt de nanotubes de carbone qui ne reflète presque aucune lumière dans le visible et une partie du spectre infrarouge.

Le NIST utilisera le nouveau détecteur ultra-sombre, décrit dans un nouvel article de Lettres nano , * pour effectuer des mesures de puissance laser de précision pour les technologies de pointe telles que les communications optiques, fabrication au laser, conversion d'énergie solaire, et des capteurs industriels et satellitaires.

Inspiré d'un article de 2008 du Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) sur "le matériau synthétique le plus sombre de tous les temps, "** l'équipe du NIST a utilisé un réseau clairsemé de nanotubes fins comme revêtement pour un détecteur thermique, un appareil utilisé pour mesurer la puissance du laser. Un co-auteur de l'Université Stony Brook à New York a développé le revêtement de nanotubes. Le revêtement absorbe la lumière laser et la convertit en chaleur, qui est inscrit dans un matériau pyroélectrique (le tantalate de lithium dans ce cas). La montée en température génère un courant, qui est mesurée pour déterminer la puissance du laser. Plus le revêtement est noir, plus il absorbe efficacement la lumière au lieu de la réfléchir, et plus les mesures sont précises.

Le nouveau détecteur NIST réfléchit uniformément moins de 0,1 % de la lumière à des longueurs d'onde allant du violet profond à 400 nanomètres (nm) au proche infrarouge à 4 micromètres (μm) et moins de 1 % de la lumière dans le spectre infrarouge de 4 à 14 m. Les résultats sont similaires à ceux rapportés pour le matériel RPI et dans un article de 2009 par un groupe japonais. Le travail du NIST est unique en ce que les nanotubes ont été cultivés sur un matériau pyroélectrique, alors que les autres groupes les cultivaient sur silicium. Les chercheurs du NIST prévoient d'étendre la plage de fonctionnement calibrée de leur appareil à des longueurs d'onde de 50 voire 100 micromètres, pour peut-être fournir une norme pour la puissance de rayonnement térahertz.

Le NIST fabriquait auparavant des revêtements de détecteurs à partir de divers matériaux, y compris les tapis de nanotubes plats. Le nouveau revêtement est une forêt verticale de nanotubes multiparois, chacun moins de 10 nanomètres de diamètre et environ 160 micromètres de long. Les creux profonds peuvent aider à piéger la lumière, et le motif aléatoire diffuse toute lumière réfléchie dans diverses directions. Mesurer la quantité de lumière réfléchie sur un large spectre était techniquement exigeant; l'équipe du NIST a passé des centaines d'heures à utiliser cinq méthodes différentes pour mesurer la réflectance extrêmement faible avec une précision adéquate. Trois des cinq méthodes impliquaient des comparaisons entre le détecteur recouvert de nanotubes et un étalon étalonné.

Les nanotubes de carbone offrent des propriétés idéales pour les revêtements des détecteurs thermiques, en partie parce qu'ils sont des conducteurs de chaleur efficaces. Nickel phosphoré, par exemple, réfléchit moins de lumière à certaines longueurs d'onde, mais ne conduit pas non plus la chaleur. Les nouveaux matériaux de nanotubes de carbone sont également plus foncés que les divers matériaux de référence standard du NIST pour la couleur noire développés il y a des années pour calibrer les instruments.