Washington, 12 de marzo de 2024 – A veces, para ver con claridad es necesario estar completamente en negro. Para la astronomía y la óptica de precisión, los dispositivos con revestimiento negro pueden reducir la luz parásita, mejorar las imágenes y mejorar el rendimiento. Para los telescopios y sistemas ópticos más avanzados cada pequeño detalle es importante, por eso sus fabricantes buscan el negro más negro para cubrirlos.
En la revista Vacuum Science and Technology A, publicada por AIP Publishing, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai y la Academia de Ciencias de China han desarrollado un recubrimiento negro ultrafino para una aleación de magnesio de grado aeroespacial. Su revestimiento absorbe el 99,3% de la luz y es lo suficientemente resistente como para sobrevivir en condiciones extremas.
Para los telescopios que operan en el vacío del espacio o para equipos ópticos en entornos hostiles, los recubrimientos existentes suelen ser inadecuados.
«Los recubrimientos negros existentes, como los nanotubos de carbono alineados verticalmente o el silicio negro, están limitados por su fragilidad», dijo el autor Yunzhen Cao. «También es difícil para muchos otros métodos de recubrimiento aplicar recubrimientos dentro de un tubo o en otras estructuras complejas. Esto es importante para su aplicación en dispositivos ópticos porque a menudo tienen una gran curvatura o formas complejas».
Para resolver estos problemas, los investigadores recurrieron a la deposición de capas atómicas (ALD). Utilizando tecnología de fabricación basada en el vacío, el objetivo se coloca en una cámara de vacío y se expone en serie a ciertos tipos de gas, que se adhieren a la superficie del objeto en capas delgadas.
«Una gran ventaja del método ALD es su excelente capacidad de cobertura por pasos, lo que significa que podemos obtener una cobertura de película uniforme en superficies muy complejas, como cilindros, columnas y zanjas», dijo Cao.
Para crear su revestimiento ultranegro, el equipo utilizó capas alternas de carburo de titanio recubierto de aluminio (TiAlC) y nitruro de silicio (SiO2). Los dos materiales trabajan juntos para evitar que casi toda la luz se refleje en la superficie pintada.
«TiAlC sirvió como capa absorbente y SiO2 se utilizó para crear la estructura antirreflectante», dijo Cao. «Como resultado, casi toda la luz incidente queda atrapada en la película multicapa, logrando una absorción efectiva de la luz».
En las pruebas, el equipo encontró una absorción promedio del 99,3% en una amplia gama de longitudes de onda de luz, desde la luz violeta de 400 nanómetros hasta la luz infrarroja cercana de 1.000 nanómetros. Utilizando una capa de barrera especial, aplicaron su recubrimiento a una aleación de magnesio, que se utiliza a menudo en aplicaciones aeroespaciales pero que se corroe fácilmente.
«Además, la película muestra una estabilidad excepcional en entornos adversos y es lo suficientemente fuerte como para soportar la fricción, el calor, las condiciones de humedad y los cambios extremos de temperatura», afirmó Cao.
Los autores esperan que su recubrimiento pueda usarse para mejorar telescopios espaciales e instrumentos ópticos que operan en condiciones extremas, y están trabajando para mejorar su rendimiento.
«Ahora que la película es capaz de absorber más del 99,3% de la luz visible entrante, esperamos ampliar aún más el alcance de la absorción de luz para incluir las regiones ultravioleta e infrarroja», dijo Cao.
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