Scoperto un materiale di nanotubi di carbonio che assorbe il 99% della luce

Quest'immagine mostra le strutture interne dei nanotubi di carbonio a parete multipla, visibili grazie alla rimozione volontaria di una sezione circolare del materiale (© Stephanie Getty, NASA Goddard).

Gli ingegneri della Nasa hanno prodotto un materiale che potrebbe porre la basi ad una vera e propria rivoluzione nelle tecnologie usate dagli astronomi e dai ricercatori. Questo nuovo materiale – la cui scoperta è stata annunciata alla SPIE Optics and Photonics Conference avvenuta presso il centro spaziale Goddard a Greenbelt, nel Maryland – assorbe il 99% delle lunghezze d'onda dell'ultravioletto, del visibile, dell'infrarosso e del lontano infrarosso, rendendolo anche il materiale più scuro mai esistito.
Dopo la conferenza, John Hagopian e il suo team di 10 tecnici hanno riconfermato le proprietà di questo materiale con altri test. «Nonostante altri ricercatori stiano annunciando dei livelli di assorbimento quasi perfetti nell'ultravioletto e nel visibile, il nostro materiale è maledettamente quasi perfetto in molteplici lunghezze d'onda, dall'ultravioletto al lontano infrarosso» ha commentato Hagopian. «Nessun altro ha ancora raggiunto questa pietra miliare».

Il rivestimento, creato grazie alla nanotecnologia, consiste in un sottile strato di nanotubi di carbonio a parete multipla (MWNT), ossia composti da molteplici fogli avvolti l'uno sull'altro con lo stesso asse di rotazione. I nanotubi sono, grosso modo, dei fullereni (delle strutture sferiche di carbonio) nel loro stato di rilassamento, ossia quando si «rilassano» e danno vita ad un cilindro formato da soli esagoni. I nanotubi sono 10 mila volte più sottili di un capello umano, e sono posizionati verticalmente su molti substrati agendo come un tessuto ruvido.

L'équipe ha cresciuto questi nanotubi su silicio, nitruri di silicio, titanio e acciaio inossidabile, ossia materiali molto frequentemente impiegati come materiali da costruzione per le apparecchiature indispensabili per le missioni spaziali (per crescere i nanotubi di carbonio, il tecnico Stephanie Getty ha aggiunto uno strato catalizzatore di ferro per poi riscaldare il materiale in un forno a circa 750 gradi. Mentre si riscaldava, il materiale era immerso in un gas contenente carbonio).

Stephanie Getty, NASA Goddard

«Siamo rimasti un po' sorpresi dai risultati» ha aggiunto Manuel Quijada, uno degli ingegneri del team. «Sapevamo che era assorbente. Ma semplicemente non pensavamo che sarebbe stato così assorbente dall'ultravioletto al lontano infrarosso».

I test hanno portato alla conclusione che questo materiale potrebbe rivelarsi molto utile in molte applicazione scientifiche usate durante i voli spaziali in cui è necessario lavorare su multiple bande di lunghezze d'onda, come i processi di soppressione della straylight, ossia la «luce sporadica». I minuscoli spazi tra i tubi infatti raccolgono e intrappolano la luce di sottofondo per prevenire che si rifletta sulle superfici e dunque interferendo con la luce che gli scienziati vogliono misurare. In questo processo viene attualmente utilizzata della semplicissima pittura nera che però assorbe solo il 90% della luce sporadica e perde colore a temperature criogeniche. Dato che il materiale riflette solo una infinitesimale frazione della luce, ai nostri occhi questo materiale appare estremamente nero.

In particolare, è stato scoperto che questo materiale assorbe il 99,5 percento della luce nell'ultravioletto e nel visibile, mentre «solo» il 98% nelle lunghezze d'onda del lontano infrarosso. «Il vantaggio sugli altri materiali è che il nostro materiale assorbe dalle 10 alle 100 volte in più, il che dipende da determinate lunghezze d'onda» ha commentato Hagopian.

Questo materiale potrebbe rivoluzionare il nostro modo di vedere l'Universo, mostrandoci oggetti lontanissimi ed antichissimi ed esopianeti praticamente invisibili per la luminosità della loro stella. Ma anche gli scienziati che studiano gli oceani ne trarrebbero dei benefici, dato che oltre il 90% della luce raccolta dalle sonde ha origini atmosferiche.

«Questo materiale è molto promettente» ha commentato l'ingegnere americano Ed Wollack. «E' robusto, leggerissimo ed estremamente nero. E' migliore della pittura nera di un pezzo».