Le MIT a créé le matériau le plus noir au monde

Ils n'avaient pas cette intention. Pourtant, ces chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT, États-Unis) viennent de mettre au point le matériau le plus noir au monde. À les en croire, il absorbe au moins 99,995 % de la lumière incidente. De quoi le rendre dix fois plus noir que les plus noirs des matériaux connus jusque-là.

À l'origine, Brian Wardle et Kehang Cui cherchaient à faire croître des nanotubes de carbone sur des matériaux conducteurs tels que l'aluminium. Objectif : en améliorer les propriétés électriques et thermiques. C'est alors que, afin d'éliminer la couche d'oxydation qui se forme sur l'aluminium exposé à l'airair - et qui bloque la conduction, tant électrique que thermique -, ils ont eu recours à du chlorure de sodiumsodium. En d'autres mots... du sel qui venait ronger la surface de l'aluminium et dissoudre la couche d'oxyde.

Ils sont parvenus à faire croître des nanotubes de carbone sur une feuille d’aluminium ainsi gravée à une température de seulement 100 °C. Et le matériau qu'ils ont obtenu présente, comme attendu, des propriétés thermiques et électriques améliorées. Mais également une couleurcouleur incroyablement sombre. « Je me souviens avoir trouvé le matériau noir avant d'y faire croître les nanotubes. Après, il est apparu encore plus noir  », témoigne Kehang Cui, parti depuis pour l'université de Shanghai Jiao Tong (Chine).

Un brevet a été déposé, mais le procédé est mis à la libre disposition d’artistes qui voudraient l’utiliser à des fins non commerciales. L’artiste Diemut Strebe l’a d’ailleurs déjà exploité pour faire disparaître un diamant jaune naturel de 16,78 carats et dont la valeur est estimée à près de 2 millions d’euros. © Diemut Strebe

De l’aluminium, du sel et des nanotubes de carbone

Pour confirmer leurs impressions visuelles, les chercheurs ont mesuré la quantité de lumière réfléchielumière réfléchie par le matériau. Sous tous les angles possibles. Résultat : celui-ci absorbe effectivement au moins 99,995 % de la lumière incidente. Il réfléchit ainsi dix fois moins de lumière que le Vantablack, notamment, un matériau également constitué de nanotubes de carbone placés les uns contre les autres, comme les arbresarbres d'une forêt.

Les chercheurs doivent encore travailler à comprendre l'origine du phénomène. Ils soupçonnent qu'il est dû à la combinaison de l'aluminium, légèrement noirci par la gravuregravure au sel, et des nanotubes de carbone. Ces derniers seraient capables de piéger et de convertir en chaleurchaleur une grande partie de la lumière incidente pour, de fait, en réfléchir très peu.

Parmi les applicationsapplications possibles d'un tel matériau, celui du développement d'œillères optiques destinées à limiter les lumières parasitesparasites. De quoi aider les télescopes spatiaux à repérer des exoplanètesexoplanètes. D'autant que, contrairement à ces prédécesseurs, ce nouveau matériau ultra-noir semble à même de résister aux conditions difficiles qui règnent au moment du lancement et ensuite dans l'espace.

Le matériau le plus noir du monde inspiré d'un coléoptère... blanc

Il n'est probablement pas possible de concevoir un matériau parfaitement noir, qui absorberait 100 % de l'énergieénergie venant à le frapper. Plusieurs équipes de recherche s'en sont pourtant approchées de très près. Des scientifiques de l'université King Abdullah, en Arabie Saoudite, viennent de proposer une nouvelle approche inspirée d'un coléoptèrecoléoptère d'une blancheur exceptionnelle.

Article de Nathalie MayerNathalie Mayer paru le 27/10/2015

Dans la course à la conception de matériaux toujours plus noirs, Futura-Sciences annonçait un record du monde en 2008 puis, au printemps 2014, une entreprise britannique avait annoncé avoir produit le matériau le plus noir jamais rencontré sur Terre. Le Vantablack, tel qu'il a été baptisé, absorberait 99,965 % de la lumière incidente. Le tout grâce à une structure à base de nanotubes de carbone. Selon un article paru récemment dans les colonnes de Nature Nanotechnology, des scientifiques de l'université King Abdullah, en Arabie Saoudite, ont conçu un matériau de ce genre qui absorberait 26 % de lumière de plus que les nanotubes de carbone à l'état brut.

Rappelons que la couleur noire que nous percevons n'est, ni plus ni moins, que le résultat de l'absorptionabsorption de la lumière par le matériau. Ainsi le charboncharbon, par exemple, absorbe 99,5 % de la lumière visible et nous apparaît déjà très noir. Le Vantablack, quant à lui, réfléchit tellement peu de lumière qu'il devient impossible de distinguer les reliefs des objets. Plus que comme du noir, il est perçu comme une absence de matièrematière et on imagine assez bien l'intérêt que peuvent y porter les militaires, entre autres.

Les matériaux noirs pourraient aussi profiter au secteur de la production d'énergie solaire. En absorbant la lumière mieux que quiconque, ils pourraient permettre de concevoir des capteurs solaires d'une efficacité redoutable.

Pour obtenir un matériau presque parfaitement noir, les chercheurs de l’université King Abdullah ont fait croître des nanotiges d’or sur des nanophères d’or. Ces structures sont visibles sur ces images en microscopie électronique en transmission. © Nature Nanotechnology

Des tiges de nanoparticules d'or

Les chercheurs de l'université King Abdullah ont cédé aux sirènes du biomimétismebiomimétisme. Ils se sont inspirés de la stratégie mise en œuvre par les coléoptères Cyphochilus, un insecteinsecte originaire d'Asie du Sud-Est et... plus blanc que blanc ! La cuticulecuticule de ces insectes, en effet, présentent des structures minuscules qui réfléchissent la lumière d'une manière plus efficace que toutes les technologies humaines. Nos chercheurs ont eu l'idée, tout simplement, d'inverser cette structure pour créer un matériau extrêmement noir.

Le matériau est composé de tiges de nanoparticules d’or qui reposent sur des sphères d'or toujours, d'un diamètre qui n'excède pas les 30 nanomètresnanomètres (nm). De quoi créer une structure désordonnée et composée de motifs en forme de fosses comme autant de guides d'ondes métalliques. Selon les auteurs de l'article, ce matériau est aisé à obtenir et à mettre en œuvre, aussi bien à sec que dans des liquidesliquides. Il absorbe entre 98 et 99 % d'une lumière dont les longueurs d'ondelongueurs d'onde sont comprises entre 400 et 1.400 nm et ce sous tous les angles et quelles que soient les polarisations.

Première application concrète obtenue à partir de ce nouveau matériau : une source de lumière monochromatique innovante. En pompant un amplificateur optique à colorant à l'aide d'impulsions nanosecondes de l'ordre de quelque 100 mW de puissance, les chercheurs ont pu exploiter la noirceur structurelle du matériau. Ils ont ainsi créé une source de lumière qui génère des émissionsémissions monochromatiques sans avoir besoin de recourir à la résonancerésonance. Un résultat obtenu grâce au fait que toute l'énergie électromagnétique absorbée par le matériau génère spontanément une impulsion d'une seule couleur.