Esiste un nero più nero di tutti? Ingegneri del Mit hanno creato un materiale dieci volte più nero di qualsiasi altro mai realizzato. Cattura almeno il 99,995% della luce incidente ed è composto da nanotubi di carbonio allineati verticalmente che catturano i fotoni che, dopo numerosi rimbalzi, perdono energia fino a essere completamente assorbiti, impedendo alla luce di ritornare verso l’osservatore. Il materiale non solo assorbe quasi tutta la luce, ma lo fa da qualsiasi angolazione, rendendo invisibili rilievi e irregolarità di una superficie che percepiamo come un’uniforme “assenza visiva”
I materiali ultraneri rappresentano una delle dimostrazioni più affascinanti del rapporto tra luce e percezione, perché non sono semplicemente “molto scuri”, ma progettati per assorbire quasi completamente la luce che li colpisce. Gli oggetti rivestiti con tali materiali appaiono privi di profondità, come sagome bidimensionali o addirittura come “buchi” nello spazio visivo. Il fenomeno mette in evidenza un aspetto fondamentale della visione umana, cioè che noi non vediamo gli oggetti in sé, ma la luce che essi riflettono. Eliminando quasi completamente questa luce, si elimina anche l’informazione necessaria al cervello per ricostruire forma, volume e texture. La loro capacità di assorbire energia luminosa li rende utili anche in ambito energetico, come nei sistemi che convertono la luce solare in calore.
Nel 2019 un gruppo di ingegneri del Mit (Massachusetts institute of technology) ha sviluppato quello che è stato definito il materiale più nero mai realizzato, capace di assorbire almeno il 99,995% della luce incidente e quindi circa dieci volte più scuro rispetto ai materiali ultraneri precedenti. Questo risultato è stato ottenuto utilizzando nanotubi di carbonio (Carbon nanotube Cnt) disposti verticalmente: strutture microscopiche che ricordano una fitta foresta. Dal punto di vista scientifico, il comportamento ottico di questi materiali è legato proprio alla loro struttura: le “foreste” di nanotubi catturano i fotoni che, dopo numerosi rimbalzi, perdono energia fino a essere completamente assorbiti, impedendo alla luce di ritornare verso l’osservatore.
I Cnt sviluppati su superfici metalliche (architetture Cnt-metallo) dimostrano un fotoassorbimento omnidirezionale da “corpo nero” con una riflettanza di 1×10⁻⁵ nell’intervallo dall’ultravioletto alla regione dei terahertz, che è di un ordine di grandezza inferiore a quella di qualsiasi materiale assorbente precedentemente riportato e, quindi, offrono un assorbimento ottico da record con eccellenti proprietà elettriche e strutturali, nonché producibilità su scala industriale[1].
Gli ingegneri del MIit hanno individuato nell’alluminio il metallo su cui far “crescere” i nanotubi di carbonio. Questo metallo, esposto all’aria, sviluppa naturalmente uno strato di ossido che impedisce la crescita dei nanotubi. I ricercatori hanno quindi messo a punto un processo di attivazione superficiale per la rottura dello strato di ossido, ottenendo una superficie ideale su cui far sviluppare le nanostrutture. Inizialmente, infatti, l’obiettivo degli scienziati non era creare un materiale ultranero, ma migliorare le proprietà elettriche e termiche dei nanotubi applicandoli a metalli conduttori. La scoperta della straordinaria oscurità del rivestimento, osservata durante gli esperimenti, è stata quindi in parte accidentale. “È stato inaspettato, come una vera e propria scoperta scientifica”, ha affermato, in un’intervista a Nbc news, Brian Wardle del Mit, a capo del team di ricercatori che ha creato il materiale. “Stavamo lavorando a un nuovo metodo per far crescere i nanotubi quando si è creato un nuovo materiale con proprietà che hanno suscitato grande interesse tra scienziati e ingegneri, che ne intravedono potenziali applicazioni nel settore aerospaziale, ma anche nell’arte”. L’esperimento è descritto in un articolo pubblicato sulla rivista scientifica ACS Applied Materials & Interfaces.
Le misurazioni successive hanno mostrato che il materiale non solo assorbe quasi tutta la luce, ma lo fa da qualsiasi angolazione, rendendo invisibili rilievi, irregolarità e dettagli della superficie che appaiono invece completamente annullati in un’uniforme “assenza visiva”. Questo effetto è stato dimostrato in modo spettacolare quando un diamante giallo naturale da 16,78 carati è stato rivestito con il materiale: la gemma, normalmente brillante e sfaccettata, è apparsa come una forma piatta e nera, priva di profondità.
Diamante rivestito con materiale ultranero. Crediti immagine: Diemut Strebe
I ricercatori sottolineano che i meccanismi precisi, che rendono questo materiale il più nero di tutti, non sono ancora del tutto compresi e richiedono ulteriori studi. Il nuovo materiale presenta importanti applicazioni tecnologiche: potrebbe essere utilizzato in strumenti ottici e telescopi per eliminare la “luce parassita” (una luce diffusa indesiderata che interferisce con i sensori in un sistema ottico) e migliorare l’osservazione di oggetti deboli, come i pianeti attorno ad altre stelle. Inoltre, la sua struttura risulta più resistente rispetto ai materiali ultraneri precedenti, spesso fragili, rendendolo adatto anche ad applicazioni aerospaziali dove deve sopportare condizioni estreme. Gli stessi ricercatori sottolineano che la ricerca sul “nero più nero” è tutt’altro che conclusa, e che il limite ultimo potrebbe non essere ancora stato raggiunto, aprendo la strada a nuovi materiali ancora più efficienti nel catturare la luce e trasformarla in energia.
Siamo probabilmente già molto vicini al limite pratico del “nero assoluto”, ma la ricerca continua per capire fin dove ci si può spingere e come sfruttarlo.
Fonti:
MIT https://news.mit.edu/2019/blackest-black-material-cnt-0913
