De coating is maar liefst tien keer donkerder dan materialen die tot nu toe als zwartst werden aangemerkt.

Men neme een glinsterende 16,78-karaats diamant met een waarde geschat op 2 miljoen dollar en… een hele donkere coating. Het klinkt misschien opmerkelijk, maar het is onderzoekers gelukt om dit schitterende juweel te bekleden met het zwartste materiaal ooit. De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS-Applied Materials and Interfaces.

Het juweel bekleed met het donkerste materiaal ooit. Afbeelding: R. Capanna, A. Berlato, and A. Pinato

Zwart kan nog zwarter
Het ontwikkelde materiaal is ongelofelijk donker en maar liefst tien keer zwarter dan de zwartste materialen tot nu toe, waaronder het bekende Vantablack (zie kader). De coating is gemaakt van verticaal uitgelijnde koolstofnanobuisjes die bestaan uit microscopische koolstoffilamenten. Deze kweekten de onderzoekers vervolgens net als een bos met kleine boompjes op een met chloor geëtst stukje aluminiumfolie. Het materiaal vangt zo’n 99,995 procent van al het binnenkomende licht op en is daarmee recordbrekende donker. Zo donker, dat dit de normaal gesproken gele en fonkelende diamant verandert in een ongekend plat zwart gat.


Vantablack
In 2014 ontwikkelden Britse onderzoekers het donkerste materiaal tot dan toe. Het materiaal kreeg de naam Vantablack en reflecteerde slechts 0,035 procent van het invallende licht. Vantablack is zo donker dat je het eigenlijk niet eens kunt zien; zelfs als het helemaal in de kreuk zit, lijkt het nog glad. Ook Vantablack is opgebouwd uit koolstofnanobuisjes. Een vierkante centimeter van dit materiaal bevat zo’n 1 miljard van die koolstofnanobuisjes. Licht dat op het materiaal valt, komt in de ruimte tussen de koolstofnanobuisjes terecht en kan niet meer ontsnappen. Het materiaal reflecteert dus vrijwel geen licht en is daarom zo duister. In 2016 lukte het onderzoekers om dit materiaal nog een tikkie donkerder te maken. Maar nu is deze voormalige recordbreker daadwerkelijk van zijn troon gestoten.

Per ongeluk
De onderzoekers ontwikkelden het super zwarte materiaal eigenlijk per ongeluk. Ze waren namelijk aan het experimenten met manieren om koolstofnanobuisjes op elektrisch geleidende materialen zoals aluminum te laten groeien om hun elektrische en thermische eigenschappen te verbeteren. Maar tijdens het proces waren ze voornamelijk verbaasd over de kleur van het materiaal. “Ik herinner me dat ik merkte hoe zwart het materiaal was nog voordat er koolstofnanobuisjes op werden gekweekt,” herinnert onderzoeker Kehang Cui zich. “Daarna werd het materiaal zelfs nog donkerder. Ik bedacht dat ik de optische reflectie ervan moest meten.” De onderzoekers zijn niet helemaal zeker van het mechanisme dat bijdraagt aan de ondoorzichtigheid van het materiaal, maar ze vermoeden dat het misschien iets te maken heeft met de combinatie van het geëtste aluminum – dat enigszins zwart is – met de koolstofnanobuisjes.

Praktisch nut
Volgens de onderzoekers heeft het ontwikkelde materiaal ook een hele praktische functie. Zo kan het bijvoorbeeld gebruikt worden op ruimtetelescopen. Op dit moment heeft het materiaal al de belangstelling gewekt in de ruimtevaartgemeenschap. Astrofysicus en Nobelprijswinnaar John Mather onderzoekt nu bijvoorbeeld of het materiaal gebruikt kan worden als basis voor een sterschaduw; een massieve zwarte schaduw die een ruimtetelescoop zou beschermen tegen strooilicht. “Als je een planeet wilt zien die om een andere ster draait heb je iets heel zwarts nodig,” legt Mather uit. “Bovendien moet dit materiaal bestand zijn tegen raketlanceringen.”

Of dit materiaal ook de zwartste zal blijven, is verre van zeker. “Ik denk dat het zwartste zwart constant in beweging is,” zegt Cui. “Iemand zal vast een zwarter materiaal uitvinden. Uiteindelijk zullen we alle onderliggende mechanismen begrijpen en in staat zijn om het ultieme zwart te ontwerpen.”