Avec mes excuses à "Spinal Tap, " il parait que le noir peut, En effet, devenir plus noir.

Les ingénieurs du MIT rapportent aujourd'hui qu'ils ont concocté un matériau 10 fois plus noir que tout ce qui a été rapporté précédemment. Le matériau est composé de nanotubes de carbone alignés verticalement, ou NTC—filaments microscopiques de carbone, comme une forêt floue d'arbres minuscules, que l'équipe a grandi sur une surface de papier d'aluminium gravé au chlore. La feuille capture plus de 99,96 pour cent de toute lumière entrante, ce qui en fait le matériau le plus noir jamais enregistré.

Les chercheurs ont publié leurs résultats aujourd'hui dans la revue Matériaux et interfaces appliqués par ACS . Ils présentent également le matériau semblable à une cape dans le cadre d'une nouvelle exposition aujourd'hui à la Bourse de New York, intitulé "La rédemption de la vanité".

L'oeuvre d'art, une collaboration entre Brian Wardle, professeur d'aéronautique et d'astronautique au MIT, et son groupe, et l'artiste en résidence du MIT Diemut Strebe, comporte un diamant jaune naturel de 16,78 carats, estimé à 2 millions de dollars, que l'équipe enduit de nouveau, matériau CNT ultranoir. L'effet est saisissant :La gemme, normalement brillamment facetté, apparaît comme un plat, vide noir.

Wardle dit que le matériel CNT, en plus de faire une déclaration artistique, peut également être d'une utilité pratique, par exemple dans les œillères optiques qui réduisent l'éblouissement indésirable, pour aider les télescopes spatiaux à repérer les exoplanètes en orbite.

« Il existe des applications optiques et spatiales pour des matériaux très noirs, et bien sûr, les artistes se sont intéressés au noir, bien avant la Renaissance, " Wardle dit. "Notre matériel est 10 fois plus noir que tout ce qui a jamais été rapporté, mais je pense que le noir le plus noir est une cible en mouvement constant. Quelqu'un trouvera un matériau plus noir, et finalement nous comprendrons tous les mécanismes sous-jacents, et sera capable de concevoir correctement le noir ultime."

Le co-auteur de Wardle sur l'article est l'ancien postdoctorant du MIT Kehang Cui, maintenant professeur à l'Université Jiao Tong de Shanghai.

Dans le vide

Wardle et Cui n'avaient pas l'intention de concevoir un matériau ultranoir. Au lieu, ils expérimentaient des moyens de faire croître des nanotubes de carbone sur des matériaux électriquement conducteurs tels que l'aluminium, pour augmenter leurs propriétés électriques et thermiques.

Mais en essayant de faire pousser des NTC sur l'aluminium, Cui s'est heurté à une barrière, littéralement :une couche d'oxyde omniprésente qui recouvre l'aluminium lorsqu'il est exposé à l'air. Cette couche d'oxyde agit comme un isolant, bloquant plutôt que de conduire l'électricité et la chaleur. Alors qu'il cherchait des moyens d'éliminer la couche d'oxyde d'aluminium, Cui a trouvé une solution dans le sel, ou du chlorure de sodium.

À l'époque, Le groupe de Wardle utilisait du sel et d'autres produits de garde-manger, comme le bicarbonate de soude et le détergent, faire pousser des nanotubes de carbone. Dans leurs tests avec du sel, Cui a remarqué que les ions chlorure rongeaient la surface de l'aluminium et dissolvaient sa couche d'oxyde.

"Ce processus de gravure est commun à de nombreux métaux, " dit Cui. "Par exemple, les navires souffrent de la corrosion de l'eau de mer à base de chlore. Maintenant, nous utilisons ce processus à notre avantage."

Cui a découvert que s'il faisait tremper du papier d'aluminium dans de l'eau salée, il pourrait enlever la couche d'oxyde. Il a ensuite transféré la feuille dans un environnement sans oxygène pour éviter la réoxydation, et enfin, placé l'aluminium gravé dans un four, où le groupe a mis en œuvre des techniques pour faire croître des nanotubes de carbone via un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur.

En enlevant la couche d'oxyde, les chercheurs ont pu faire pousser des nanotubes de carbone sur de l'aluminium, à des températures beaucoup plus basses qu'elles ne le feraient autrement, d'environ 100 degrés Celsius. Ils ont également constaté que la combinaison de NTC sur l'aluminium améliorait considérablement les propriétés thermiques et électriques du matériau, une découverte à laquelle ils s'attendaient.

Ce qui les a surpris, c'est la couleur du matériau.

"Je me souviens avoir remarqué à quel point il était noir avant d'y faire pousser des nanotubes de carbone, puis après croissance, il avait l'air encore plus sombre, " se souvient Cui. " J'ai donc pensé que je devais mesurer la réflectance optique de l'échantillon.

"Notre groupe ne se concentre généralement pas sur les propriétés optiques des matériaux, mais ce travail se déroulait en même temps que nos collaborations art-science avec Diemut, donc l'art a influencé la science dans ce cas, " dit Wardle.

Wardle et Cui, qui ont déposé un brevet sur la technologie, mettent le nouveau processus CNT à la disposition de tout artiste gratuitement pour un projet artistique non commercial.

"Construit pour résister aux abus"

Cui a mesuré la quantité de lumière réfléchie par le matériau, pas seulement directement au-dessus, mais aussi sous tous les autres angles possibles. Les résultats ont montré que le matériau absorbait plus de 99,995% de la lumière entrante, sous tous les angles. En substance, si le matériau contenait des bosses ou des crêtes, ou des caractéristiques de toute nature, quel que soit l'angle de vue, ces caractéristiques seraient invisibles, obscurci dans un vide de noir.

Les chercheurs ne sont pas tout à fait sûrs du mécanisme contribuant à l'opacité du matériau, mais ils soupçonnent que cela peut avoir quelque chose à voir avec la combinaison d'aluminium gravé, qui est un peu noirci, avec les nanotubes de carbone. Les scientifiques pensent que les forêts de nanotubes de carbone peuvent piéger et convertir la plupart de la lumière entrante en chaleur, en reflétant très peu sous forme de lumière, donnant ainsi aux NTC une teinte particulièrement noire.

"Les forêts de CNT de différentes variétés sont connues pour être extrêmement noires, mais il y a un manque de compréhension mécaniste quant à pourquoi ce matériau est le plus noir. Cela nécessite une étude plus approfondie, " dit Wardle.