MMaterialNews vom 20.08.2010

Extreme darkness: Carbon nanotube forest covers NIST's ultra-dark detector

Harnessing darkness for practical use, researchers at the National Institute of Standards and Technology (NIST) have developed a laser power detector coated with the world's darkest material‑a forest of carbon nanotubes that reflects almost no light across the visible and part of the infrared spectrum.
NIST will use the new ultra-dark detector, described in a new paper in Nano Letters[1] to make precision laser power measurements for advanced technologies such as optical communications, laser-based manufacturing, solar energy conversion, and industrial and satellite-borne sensors.

Inspired by a 2008 paper by Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) on "the darkest man-made material ever,"[2] the NIST team used a sparse array of fine nanotubes as a coating for a thermal detector, a device used to measure laser power. A co-author at Stony Brook University in New York grew the nanotube coating. The coating absorbs laser light and converts it to heat, which is registered in pyroelectric material (lithium tantalate in this case). The rise in temperature generates a current, which is measured to determine the power of the laser. The blacker the coating, the more efficiently it absorbs light instead of reflecting it, and the more accurate the measurements.

The new NIST detector uniformly reflects less than 0.1 percent of light at wavelengths from deep violet at 400 nanometers (nm) to near infrared at 4 micrometers (μm) and less than 1 percent of light in the infrared spectrum from 4 to 14 μm. The results are similar to those reported for the RPI material and in a 2009 paper by a Japanese group. The NIST work is unique in that the nanotubes were grown on pyroelectric material, whereas the other groups grew them on silicon. NIST researchers plan to extend the calibrated operating range of their device to 50 or even 100 micrometer wavelengths, to perhaps provide a standard for terahertz radiation power.

NIST previously made detector coatings from a variety of materials, including flat nanotube mats. The new coating is a vertical forest of multiwalled nanotubes, each less than 10 nanometers in diameter and about 160 micrometers long. The deep hollows may help trap light, and the random pattern diffuses any reflected light in various directions. Measuring how much light was reflected across a broad spectrum was technically demanding; the NIST team spent hundreds of hours using five different methods to measure the vanishingly low reflectance with adequate precision. Three of the five methods involved comparisons of the nanotube-coated detector to a calibrated standard.

Carbon nanotubes offer ideal properties for thermal detector coatings, in part because they are efficient heat conductors. Nickel phosphorous, for example, reflects less light at some wavelengths, but does not conduct heat as well. The new carbon nanotube materials also are darker than NIST's various Standard Reference Materials for black color developed years ago to calibrate instruments.

Source: National Institute of Standards and Technology (NIST) – 18.08.2010.

[1] J. Lehman, A. Sanders, L. Hanssen, B. Wilthan and J. Zeng. 2010. A Very Black Infrared Detector from Vertically Aligned Carbon Nanotubes and Electric-field Poling of Lithium Tantalate. Nano Letters. Posted online Aug. 3, 2010.

[2] Z.P. Yang, L. Ci, J.A. Bur, S.Y. Lin and P.M. Ajayan. Experimental observation of an extremely dark material made by a low-density nanotube array. Nano Letters. Vol. 8, No. 2, 446-451.

Recherchiert und dokumentiert von:

Dr.-Ing. Christoph Konetschny, Materialberater, Inhaber Materialsgate
Die Recherche und Aufbereitung der in diesem Dokument genannten Daten erfolgte mit größter Sorgfalt.
Für die Richtigkeit, Gültigkeit, Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der genannten Daten übernehmen wir zu keinem Zeitpunkt die Haftung.
Bitte diskutieren Sie die Verwendung und Eignung für Ihren konkreten Anwendungsfall mit den Experten der genannten Institution.

Sie wünschen Material- und Technologierecherchen zu diesem Thema?

Materialsgate steht für hochwertige Werkstoffberatung und innovative Materialrecherchen.
Nutzen Sie unseren Beratungsservice

MMehr zu diesem Thema

Rice University researchers and their colleagues in Finland and Hungary have found a way to make carbon nanotube membranes that could find wide application as extra-fine air filters and as scaffolds for catalysts that speed chemical reactions.
The results reported in the journal ACS Nano show how such filters can remove up to 99 percent of particulates with diameters of less than a micrometer – or a millionth of a meter. (A human hair is about 100 micrometers wide.) Using chemical vapor deposition (CVD), a team led by Rice's Robert Vajtai, a faculty fellow in mechanical engineering and materials science, created devices that, at the start of the process, look like tiny showerheads. After 30 minutes in the CVD furnace, the laser... mehr
Dip an ordinary piece of paper into ink infused with carbon nanotubes and silver nanowires, and it turns into a battery or supercapacitor. Crumple the piece of paper, and it still works. Stanford researcher Yi Cui sees many uses for this new way of storing electricity.
Stanford scientists are harnessing nanotechnology to quickly produce ultra-lightweight, bendable batteries and supercapacitors in the form of everyday paper. Simply coating a sheet of paper with ink made of carbon nanotubes and silver nanowires makes a highly conductive storage device, said Yi Cui, assistant professor of materials science and engineering. "Society really needs a low-cost, high-performance energy storage device, such as batteries and simple supercapacitors," he said... mehr
Results: New research by MIT scientists, led by associate professor of mechanical engineering Carol Livermore, suggests that carbon nanotubes, tube-shaped molecules of pure carbon, ...
could be formed into tiny springs capable of storing as much energy, pound for pound, as state-of-the-art lithium-ion batteries - and more than 1,000 times as much as steel springs - and potentially do so more durably and reliably. Why it matters: Ultimately, such springs might be used for such applications as an emergency backup power supply or alarm system that can be left in place for many years without losing its "charge," portable mechanical tools like leaf blowers that work without... mehr
Wissenschaftler/innen der Universität Hamburg, aus Italien und den USA kamen in einer gemeinsamen Studie zu überraschenden Ergebnissen: Mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanotubes genannt, zeigen unterschiedliche Reibungseigenschaften parallel und quer zur Nanotube-Achse.
Erstaunlicherweise fanden die Wissenschaftler/innen einen höheren Reibwert in Querrichtung als in paralleler Richtung. Diese Erkenntnisse können helfen, die hervorragenden Eigenschaften von Nanotubes besser zum Einsatz zu bringen, beispielsweise in ultraleichten Materialien im Flugzeugbau oder als künstliche Muskeln. Reibungskräfte sind bei einer Vielzahl von Vorgängen in unserem täglichen Leben, wie z. B. beim Spielen von Streichinstrumenten, beim Tangotanzen und beim Autofahren von Bedeutung... mehr
RSS
facebook
xing
twitter
linkedin

MaterialCards Weekly

Ihr persönlicher und kostenfreier Material-Reminder - wöchentlich per E-Mail

Service:
Material­cha­rak­teri­sierung und Werkstoffprüfung

Sie benötigen leistungsfähigste Methoden der Material­cha­rak­teri­sierung und Werk­stoff­prü­fung zur Optimierung Ihrer Produkte?
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Automotive Testing
Bruchmechanik
Medizintechnische Untersuchungen
Korrosionstests
Barriere-Eigenschaften
Schadensanalyse von Bauteilen
Gefüge-Analytik
Schadensanalyse von Produkten
Charakterisierung von Fügetechnologien
Thermographie
Charakterisierung von Composites
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Charakterisierung von Katalysatoren
Untersuchung von Diffusionsschichten
Keramographie
Metallographie
Element-Mapping
Prüfung von Kunststoffen
Charakterisierung von Coatings
Charakterisierung von Nanobeschichtungen
Automotive Testing
Bruchmechanik
Medizintechnische Untersuchungen
Korrosionstests
Barriere-Eigenschaften
Schadensanalyse von Bauteilen
Gefüge-Analytik
Schadensanalyse von Produkten
Charakterisierung von Fügetechnologien
Thermographie
Charakterisierung von Composites
Prüfung von Werkstoffen der Elektrotechnik
Charakterisierung von Katalysatoren
Untersuchung von Diffusionsschichten
Keramographie
Metallographie
Element-Mapping
Prüfung von Kunststoffen
Charakterisierung von Coatings
Kontaktieren Sie uns – Wir leiten Ihre Fragestellung an einen unserer Kooperationspartner weiter, die alle anerkannte und zertifizierte Prüf­la­bore mit modernster Ausstattung be­treiben.

Empfohlene Literatur

Annick Loiseau et al.
Springer, Berlin
Hashem Rafii-Tabar
Cambridge University Press
Yahachi Saito, Hrsg.
Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Empfohlene MaterialCards

Materialsgate Glossar

Carbon
Umgangssprachlicher Begriff zur Kennzeichnung von Materialien und Werkstoffen auf der Basis von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK).
Laser
Laser steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ – übersetzt: „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“. Laser sind künstliche Strahlungsquellen, deren Strahlung durch ein sehr enges Frequenzspektrum, hohe Parallelität und eine große Kohärenzlänge charakterisiert ist.
Lithium
Lithium (Li, Dichte: 0,534 g/cm3, Fp: 180,5 °C) ist ein silberweißes, sehr weiches und hoch reaktives Leichtmetall. Verwendung: Reduktionsmittel, Legierungselement, Lithium-Batterien, Lithium-Ionen-Akkus.
NIST
Abkürzung für die US-Behörde National Institute of Standards and Technology. Das NIST befasst sich mit technischen Standardisierungsprozessen und kann als das amerikanische Gegenstück zur Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) angesehen werden.
Nickel
Nickel (Ni, Dichte: 8,91 g/cm3, Fp: 1455 °C) ist ein silbrig-weißes und glänzendes Schwermetall. Nickel ist vergleichsweise hart, hoch duktil, polierbar und ferromagnetisch. Verwendung: Katalysator, Korrosionsschutz, Legierungselement, Chemietechnik.
nm
Abkürzung für Nanometer. Ein Nanometer entspricht 10-9 Meter.