Experimentan con nanotubos de carbono para lograr el negro más negro
Mientras más confiable sea el ultra negro, más útil resultará ser en los generadores de energía solar, radiómetros, baffles industriales y telescopios diseñados para detectar los cambios más leves de luz al tiempo que un planeta distante cruza frente a su estrella.
Dos discos negros de nanotubos de carbono en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Uno absorbe más luz. Foto/ Matt Roth.
GAITHERSBURG, Maryland — En una banca de laboratorio en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) descansaba una charola cuadrada con dos discos negros adentro, cada uno del ancho de la parte superior de un vaso de papel. Ambos innegablemente eran negros y, sin embargo, no lucían igual.
Solomon Woods, un físico, estaba a punto de demostrar lo diferente que eran, y lo voraz que podía ser un negro.
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“El ojo humano es extraordinariamente sensible a la luz”, dijo Woods. Si se avientan unas cuantas docenas de fotones en su dirección, el ojo los puede seguir. Sacó un apuntador láser de su bolsillo. “Este apuntador emite 100 billones de fotones por segundo”.
Encendió el láser y empezó lentamente a proyectar su haz brillante sobre la superficie de la charola. Al chocar con el fondo blanco, la luz rebotó casi sin impedimento.
El haz se movió al primer disco negro, una rodaja de carbono maquinado de más de una década de antigüedad. La luz se atenuó de manera significativa, al tiempo que muchos de los fotones eran absorbidos por el pigmento negro, aunque el resplandor se mantuvo fuerte.
Finalmente, Woods dirigió su apuntador al segundo disco negro, y el haz brillante del láser repentinamente desapareció. Billones de partículas de luz estaban haciendo impacto contra el disco negro, y prácticamente ninguna veía escapatoria.
El disco número dos del NIST era un ejemplo de la tecnología avanzada ultra negra: disposiciones elaboradamente manipuladas de diminutos cilindros de carbono, o nanotubos, diseñados para capturar cualquier luz que se encuentren.
Los investigadores están trabajando para crear trampas de luz cada vez más eficientes. El ultra negro NIST absorbe al menos el 99.99 por ciento de la luz que entra a su bosque de nanotubos. Sin embargo, científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) reportaron en septiembre la creación de un recubrimiento de nanotubos de carbono que, afirman, captura más del 99.995 por ciento de la luz incidente.
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“El negro más negro debe ser un número en constante mejora”, dijo Brian Wardle, profesor de aeronáutica y astronáutica y uno de los autores del reporte nuevo. “La gente encontrará otros materiales que son más negros que el nuestro”.
Mientras más confiable sea el ultra negro, más útil resultará ser —en los generadores de energía solar, radiómetros, baffles industriales y telescopios diseñados para detectar los cambios más leves de luz al tiempo que un planeta distante cruza frente a su estrella.
Los biólogos últimamente han identificado casos de coloración ultra negra en aves, arañas y víboras que van mucho más allá de los pigmentos estándares basados en melanina de las plumas de un cuervo o el pelaje de un gato negro, y compiten con los nanotubos de carbono creados en laboratorio en su complejidad estructural y poder para conquistar la luz.
Varios artistas hoy están experimentando con los nuevos recubrimientos de nanotubos de carbono. Diemut Strebe, una artista en residencia en MIT colaboró con Wardle en un proyecto que fusionaría carbono en su configuración más absorbente, en la forma de nanotubos de carbono, con carbono en su estado más reflector y refractario, como un diamante.
“Era una exploración de un principio heracliteano”, dijo Strebe. “Los extremos opuestos de cómo se comporta el carbono al ser expuesto a luz”.
Uno de sus retos mayores: encontrar a un joyero dispuesto a prestar un diamante grande que sería bañado en lo que equivale a hollín de alta tecnología. Finalmente, uno accedió a entregar un diamante amarillo, de 16.78 kilates y 2 millones de dólares, siempre y cuando el proceso pudiera ser invertido y la cubierta de nanotubos de carbono pudiera ser retirada sin peligro.
La clave para la ultra negrura es crear un material que absorbe la luz en todo el espectro electromagnético —no sólo la luz visible, sino también hasta la infrarroja lejana.
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John Lehman, físico aplicado en el campus de NIST en Boulder, Colorado, dijo que se requiere una fuente de carbono como grafito y un metal como hierro para servir como patrón y catalizador. Se les cocina juntos y al calentarse el grafito, satura la estructura tipo anillo del metal y empieza a subir hacia una disposición vertical de cilindros huecos, cada uno de una milmillonésima de centímetro de ancho —los nanotubos de carbono.
“Empezamos con las propiedades intrínsecas del grafito, que ya es bastante negro”, dijo Lehman. “Entonces esencialmente hacemos muchos recovequitos para que la luz rebote de manera que los fotones tienen oportunidad de ser absorbidos por el grafito”.