(PhysOrg.com) -- Il nero è nero, Giusto? Non così, secondo un team di ingegneri della NASA che sta sviluppando un materiale più nero della pece che aiuterà gli scienziati a raccogliere misurazioni scientifiche difficili da ottenere o ad osservare oggetti astronomici attualmente invisibili, come pianeti delle dimensioni della Terra in orbita attorno ad altre stelle.

Il materiale a base di nanotecnologie è ora in fase di sviluppo da un team di 10 tecnologi presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Md., è un sottile rivestimento di nanotubi di carbonio a parete multipla:minuscoli tubi cavi fatti di carbonio puro circa 10, 000 volte più sottile di una ciocca di capelli umani. I nanotubi hanno una moltitudine di potenziali usi, in particolare nell'elettronica e nei materiali avanzati grazie alle loro proprietà elettriche uniche e alla straordinaria resistenza. Ma in questa applicazione, La NASA è interessata a utilizzare la tecnologia per aiutare a sopprimere la luce errata che ha un modo divertente di rimbalzare sui componenti dello strumento e contaminare le misurazioni.

Meglio della vernice

"Questa è una tecnologia che offre molto ritorno, " disse l'ingegnere Leroy Sparr, chi ne sta valutando l'efficacia sull'Ocean Radiometer for Carbon Assessment (ORCA), uno strumento di nuova generazione progettato per misurare la fotosintesi marina. "È circa 10 volte migliore della vernice nera" tipicamente utilizzata dai progettisti di strumenti della NASA per sopprimere la luce parassita, Egli ha detto.

La tecnologia funziona grazie alle sue capacità di superassorbimento. I nanotubi stessi sono imballati verticalmente in modo molto simile a un tappeto a pelo lungo. I minuscoli spazi tra i tubi assorbono il 99,5% della luce che li colpisce. In altre parole, pochissimi fotoni vengono riflessi dal rivestimento di nanotubi di carbonio, il che significa che la luce diffusa non può riflettersi sulle superfici e interferire con la luce che gli scienziati vogliono effettivamente misurare. L'occhio umano vede il materiale come nero perché solo una piccola frazione di luce si riflette sul materiale.

Il team ha iniziato a lavorare sulla tecnologia nel 2007. All'insaputa del gruppo, anche il Rensselaer Polytechnic Institute di New York aveva avviato uno sforzo simile e annunciato nel 2008 che i suoi ricercatori avevano sviluppato il materiale a base di nanotubi di carbonio più scuro mai realizzato, più di tre volte più scuro del record precedente.

"Il nostro materiale non è così scuro come il loro, " disse John Hagopian, il ricercatore principale che guida il team di sviluppo. "Ma quello che stiamo sviluppando è 10 volte più nero delle attuali vernici della NASA che sopprimono la luce parassita del sistema. Inoltre, sarà robusto per applicazioni spaziali, " Egli ha detto.

Questa è una distinzione importante, disse Carl Stahle, assistente capo della tecnologia per i sistemi di strumenti e la divisione tecnologica di Goddard. Non tutta la tecnologia può essere utilizzata nello spazio a causa delle dure condizioni ambientali che vi si incontrano. "Questa è la vera forza di questo sforzo, " Ha detto Stahle. "Il gruppo sta trovando il modo di applicare la nuova tecnologia e farla volare sui nostri strumenti".

Grande svolta

La svolta è stata la scoperta di un materiale sottostrato altamente adesivo su cui far crescere i nanotubi di carbonio, che sono solo poche decine di nanometri di diametro. Per coltivare nanotubi di carbonio, gli scienziati dei materiali in genere applicano uno strato catalizzatore di ferro a un sottostrato sul substrato di silicio. Quindi riscaldano il materiale in un forno a circa 750° C (1, 382°F). Durante il riscaldamento, il materiale è immerso in gas di alimentazione contenente carbonio.

Stefania Getty, lo scienziato dei materiali della squadra di Hagopian, ha variato il sottostrato e lo spessore dei materiali catalizzatori per creare nanotubi di carbonio che non solo assorbono la luce, ma rimangono anche fissati al materiale su cui sono cresciuti. Di conseguenza, sono più resistenti e hanno meno probabilità di graffiarsi. Il team ha anche sviluppato rivestimenti durevoli di nanotubi su titanio, un materiale strutturale migliore per l'uso dello spazio. Il team sta ora perfezionando le tecniche di produzione per garantire una qualità costante e capacità di soppressione della luce, Hagopian ha detto.

Nuove funzionalità aggiunte

Se il team dovesse dimostrare l'idoneità del materiale nello spazio, the material would provide real benefits to instrument developers, Hagopian added.

Attualmente, instrument developers apply black paint to baffles and other components to reduce stray light. Because reflectance tests have shown the coating to be more effective than paint, instrument developers could grow the carbon nanotubes on the components themselves, thereby simplifying instrument designs because fewer baffles would be required. To accommodate larger components, the team now is installing a six-inch furnace to grow nanotubes on components measuring up to five inches in diameter. And under a NASA R&D award, the team also is developing a separate technique to create sheets of nanotubes that could be applied to larger, non-conforming surfaces.

In addition to simplifying instrument design, the technology would allow scientists to gather hard-to-obtain measurements because of limitations in existing light-suppression techniques or to gather information about objects in high-contrast areas, including planets in orbit around other stars, Hagopian said.

The ORCA team, which is fabricating and aligning an instrument prototype, is the first to actually apply and test the technology. The instrument is the front-runner for the proposed Aerosol/Cloud/Ecosystems (ACE) mission and requires robust light-suppression technologies because more than 90 percent of the light gathered by the instrument comes from the atmosphere. Perciò, the team is looking for a technique to suppress the light so that it doesn't contaminate the faint signal the team needs to retrieve.

"It's been an issue with all the (ocean sensors) we've flown so far, " said ORCA Principal Investigator Chuck McClain.

Working with the ORCA team, Hagopian's group grew the coating on a slit, the conduit through which all light will pass on ORCA. "Having an efficient absorber is critical and the nanotubes could provide the solution, " McClain said. "Right now, it looks promising, " Sparr added. "If I can support them and they can continue advancing the technology so that it can be applied to other spacecraft components, it could be a very important development for NASA."

Goddard Chief Technologist Peter Hughes agrees, e, infatti, selected Hagopian and his team to receive his organization’s 2010 "Innovator of the Year" award. "Our job is to develop and advance new technology that will ultimately result in better scientific measurements. Goddard has a well-deserved reputation for creating technologies that enhance instrument performance because we are adept at quickly infusing emerging technology for specific spaceflight applications. John’s team demonstrated that key strength. And in doing so, he’s leading the way in NASA’s quest to bring about a new level of scientific discovery, " Hughes said.