Vantablack® y Super-black: dos materiales negros muy negros

En los últimos días he visto como múltiples medios de comunicación, tanto dentro de nuestras fronteras como fuera, se hacían eco de varios avances tecnológicos. Muchas veces desconocemos la aplicación real de estos avances y creaciones y únicamente nos quedamos con el titular, como si se tratase de una anécdota curiosa que no va a más. Quizás parte de la culpa esté en el enfoque que se suele dar a esos artículos.

Os pongo en situación: el otro día leí que han descubierto el material más negro que existe, de un negro más oscuro que el carbono. Lo primero que pensé fue “Ah, bien, vale. ¿Y? ¿Para qué sirve tener un negro muy negro?”. Pues resulta que este descubrimiento puede, entre otras cosas, mejorar notablemente la calidad de las imágenes de los telescopios astronómicos. Para entender cómo funciona, primero es necesario conocer algunos fundamentos básicos de la óptica.


Los humanos somos capaces de percibir ondas de muchas maneras, podemos oírlas (sonido), podemos sentirlas (vibraciones) y podemos verlas (luz). Y es que la luz, a fin de cuentas, es una onda electromagnética. Los seres humanos estamos adaptados para poder ver el espectro visible, que abarca el rango de 380nm a 760nm o, lo que es lo mismo, 790 y 400 terahercios respectivamente (nanometros, hercios y demás unidades que nos encantan a los telecos). Ahora bien, las cosas no son en realidad del color que las vemos, es algo más complicado. La luz que emite el sol es luz blanca, una luz que contiene múltiples frecuencias combinadas y que se puede descomponer en haces de todos los colores, como ocurre en los arcoiris. Cuando esta luz blanca incide sobre un objeto, éste absorbe gran parte de las frecuencias de onda pero una pequeña parte es reflejada. Y es esta frecuencia de luz la que percibimos y nuestro cerebro entiende como el color del objeto. En el caso de que el material no reflejase ninguna frecuencia, sería completamente negro. En el blog Ciencia de Sofá tienen dos infografías que explican bastante bien estos fundamentos de la óptica.


Es decir que, en realidad un objeto no es azul, pero absorbe todas las longitudes de onda menos la azul.

Cuando la superficie de un objeto absorbe todas las longitudes de onda (o todos los colores) que recibe, ningún rayo de luz rebota en ella e interpretamos la ausencia de luz como el color negro.


Fragmento extraído del blog Ciencia de Sofá

Teniendo en cuenta los objetos que vemos en nuestra vida diaria, hay muchos que catalogamos como negros, pero existen distintos tonos de negro. Ser capaces de ver un objeto en 3D implica que no toda la luz es absorbida y que existe una pequeña parte que rebota y nos permite crearnos esa imagen tridimensional a partir de la luz percibida.

Esta pequeña explicación teórica viene a raíz de uno de los últimos materiales negros presentados al público, noticia que está teniendo bastante repercusión. Descubierto por la empresa británica Surrey NanoSystems, ha sido bautizado con el nombre de Vantablack® y es capaz de absorber el 99,965% de la luz que incide sobre él. Se trata de un material compuesto por nanotubos de carbono, que ya de por sí son negros aunque no demasiado, de tamaño microscópico (1 nm de diámetro) y situados muy cerca unos de otros. De esta manera, la luz que incide sobre el material, penetra en los nanotubos de carbono y es reflejada de uno a otro hasta que se debilita lo suficiente como para absorberlo por completo. Esta absorción implica que a) la luz no sale hacia el exterior y b) la energía de la luz es transformada en calor, que se mantiene en el material.

Imagen de Surrey NanoSystems. Sección de papel de aluminio cubierto con pintura de Vantablack®.

Como se aprecia en la imagen superior, en las partes en las que no hay pintura se ve claramente que el papel de aluminio está arrugado, se percibe el relieve por el reflejo de la luz. Sin embargo, en la zona pintada no se aprecia nada. Es una gran masa negra que parece ser plana, sin arrugas, como si estuviésemos viendo un trozo de papel muy negro en 2D.

El material fue presentado en julio de 2013 en la conferencia 2013 UK Space Conference, cuando aún estaba en desarrollo, fase que terminó en diciembre de 2013. Hasta el momento, dos de los principales inconvenientes de los materiales basados en nanotubos de carbono eran su adherencia y su proceso de generación, que requería un entorno a altas temperaturas para depositar el carbono con la forma deseada. El pasado mes de julio la empresa mostró sus resultados en el Farnborough International Airshow, un avance que permite la generación de los nanotubos a bajas temperaturas y, por tanto, su aplicación directa sobre dispositivos electrónicos sensibles o materiales con un bajo punto de fusión.

Tal y como comentaba en un principio, este descubrimiento no tiene ninguna aplicación en la vida diaria a corto plazo pero la empresa ya ha confirmado que tiene clientes en los sectores de defensa y espacial. Pintar aeronaves de este color, que impide hacerse una idea de su tamaño, puede ser una de sus aplicaciones. Por otro lado, otro posible uso son los telescopios astronómicos y otros dispositivos espaciales que recoger información del espacio. Debido al diseño de estos dispositivos y a los materiales utilizados, el reflejo de las ondas dentro del dispositivo supone una pérdida de hasta el 40% de la información (dato de la NASA). Sustituir el material que se utiliza actualmente, un negro muy oscuro llamado Aeroglaze Z306, por otro basado en nanotubos de carbono, 10 veces más oscuro, podría suponer mejora considerable de las imágenes espaciales procesadas.

Simulación comparativa de las capturas de un telescopio cuyo tubo usa material muy negro Aeroglaze Z306 y super-negro basado en nanotubos de carbono.

En un futuro, no sería de extrañar que este nuevo material se aplique, a modo de pintura, sobre dispositivos que se lancen al espacio. Los nanotubos de carbono han sido el objeto de muchas de las últimas investigaciones en temas tecnológicos (el grafeno también está basado en ellos) y, si estamos hablando de aplicaciones aeroespaciales, indudablemente también tenía que mencionar a la NASA. Como se aprecia en el siguiente vídeo (en inglés), datado de 2010, el Goddard Space Flight Center de la NASA ya había empezado a trabajar con nanotubos de carbono, creando su propio material, con el que estaban realizado pruebas de estrés en situaciones extremas de vibración y radiación. Por el momento, la NASA ya ha incluido una muestra su material, al que denominan super-black (súper-negro), en el vehículo enviado a la Estación Espacial Internacional el pasado 29 de julio. Dentro de un año será el momento de estudiar su comportamiento ante el entorno espacial.

No he encontrado ninguna referencia cruzada o comparativa entre los materiales que han desarrollado en la NASA y en Surrey NanoSystems, así que parece ser que nos encontramos ante dos materiales diferentes que comparten características similares. Por el momento, el Vantablack® británico ha dado los pasos necesarios para poder ser considerado un estándar y cumple con las exigencias de la European Cooperation on Space Standardisation (ECSS), una organización que busca homogeneizar los avances tecnológicos empleados en el ámbito espacial en Europa.

NOTA: Por si os lo preguntabais, el nombre de Vantablack® se debe al sistema usado para generar los nanotubos: VANTA-, del inglés Vertically Aligned Carbon Nanotube Arrays (arrays de nanotubos de carbono alineados verticalmente), y -black (negro).

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