Kohlenstoffnanoröhrchen absorbieren 99,9 Prozent allen Lichts Dunkelstes Material der Welt erzeugt - scinexx | Das Wissensmagazin
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Kohlenstoffnanoröhrchen absorbieren 99,9 Prozent allen Lichts

Dunkelstes Material der Welt erzeugt

Rasterelektronenmikroskop des dunkelsten, jemals von Menschenhand gemachten Materials. © Rensselaer

Das dunkelste, jemals von Menschenhand gemachte Material haben jetzt amerikanische Forscher erzeugt. Die dünne Schicht aus aufrecht stehenden Kohlenstoffröhrchen absorbiert 99,9 Prozent allen Lichts und könnte zukünftig die Effektivität von Solarzellen, Infrarotsensoren und anderen Instrumenten extrem steigern. Die Wissenschaftler publizierten ihr Material nicht nur in der Fachzeitschrift „Nano Letters“, sondern meldeten es auch gleich beim Guiness Buch der Rekorde an.

Alle Materialien von Papier über Wasser, Luft oder Plastik reflektieren einen Teil des Lichts. Dessen Anteil variiert je nach Beschaffenheit des Materials, schwarze Farbe beispielsweise reflektiert nur rund fünf bis zehn Prozent der auftreffenden Strahlung. Nach einem Stoff, der überhaupt kein Licht zurückwirft, sucht die Wissenschaft schon seit langem, bisher allerdings ohne Erfolg. Das bisher dunkelste künstlich hergestellte Material erreichte immerhin eine Reflektion von nur noch 0,16 bis 0,18 Prozent.

Stehende Nanoröhrchen schlucken Licht

Jetzt ist es einer Forschergruppe am Rensselaer Forschungsinstitut und der Rice Universität gelungen, diesen bisherigen Rekord mithilfe der Nanotechnologie noch zu unterbieten. Das Team um Shawn-Yu Lin, Professor für Physik am Rensselaer Forschungsinstitut, erzeugte eine Beschichtung aus locker verteilten aufrecht stehenden Kohlenstoffnanoröhrchen, die einen extrem niedrigen Brechungsindex und eine raue, die Reflektion reduzierende Oberfläche besitzt.

Dunkelstes Material der Welt (Mitte) im Vergleich zu anderen Materialien. © Rensselaer

„Der locker stehende Wald aus Kohlenstoffnanoröhrchen, voller Lücken und Löcher im Nanomaßstab, sammelt und fängt das Licht ein und gibt so dem Material seine einzigartigen Eigenschaften”, erklärt Lin. „So eine Nanoröhrchenstruktur reflektiert nicht nur wenig Licht, sondern absorbiert es auch sehr stark. Diese kombinierten Charakteristiken machen es zu einem idealen Kandidaten, um eines Tages ein superschwarzes Objekt mit Null Reflektion zu erzeugen.“

Dreifach dunkler als bisheriger Rekordhalte

Die Rensselaer Forscher erreichten immerhin den rekordverdächtigen Wert von nur 0,045 Prozent Reflektion – mehr als drei Mal dunkler als das bisherige Rekordmaterial, ein Dünnfilm aus einer Nickel-Phosphorverbindung. Erste Tests bestätigten, dass die niedrige Reflektion über einen großen Wellenbereich des sichtbaren Lichts stabil bleibt.

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„Die niedrige Dichte der Nanoröhrchen-Anordnung macht sie zu einem idealen Kadidaten für ein superdunkles Material, weil es uns ermöglicht die optischen Eigenschaften direkt über die Abmessungen und Anordnungen der Nanoröhrchen zu kontrollieren“, erklärt Pulickel Ajayan, ehemaliger Mitarbeiter am Rensselaer-Projekt und jetzt Professor an der Rice Universität in Houston.

Das neue Material könnte dazu beitragen, Anwendungen in vielen Bereichen, in denen Licht eine wichtige Rolle spielt, entscheidend zu verbessern. So ließe sich beispielsweise die Effizienz von Solarzellen oder Infrarotsensoren deutlich steigern und auch astronomische Instrumente könnten von diesem Material profitieren.

(Rensselaer Polytechnic Institute, 24.01.2008 – NPO)

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