Às vezes, ver claramente requer preto total. Para astronomia e óptica de precisão, os dispositivos de revestimento com tinta preta podem reduzir a luz difusa, melhorando as imagens e aumentando o desempenho. Para os telescópios e sistemas ópticos mais avançados, cada detalhe importa, por isso seus fabricantes procuram os pretos mais pretos para revesti-los.



No Journal of Vacuum Science &Technology A , pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Xangai e da Academia Chinesa de Ciências desenvolveram um revestimento de película fina ultrapreto para ligas de magnésio de grau aeroespacial. Seu revestimento absorve 99,3% da luz e é durável o suficiente para sobreviver em condições adversas.

Para telescópios que operam no vácuo do espaço ou equipamentos ópticos em ambientes extremos, os revestimentos existentes são frequentemente insuficientes.

"Os revestimentos pretos existentes, como nanotubos de carbono alinhados verticalmente ou silício preto, são limitados pela fragilidade", disse o autor Yunzhen Cao. "Também é difícil para muitos outros métodos de revestimento aplicar revestimentos dentro de um tubo ou em outras estruturas complicadas. Isso é importante para sua aplicação em dispositivos ópticos, pois eles geralmente apresentam curvatura significativa ou formas complexas."

Para resolver esses problemas, os pesquisadores recorreram à deposição de camada atômica (ALD). Com esta técnica de fabricação baseada em vácuo, o alvo é colocado em uma câmara de vácuo e exposto sequencialmente a tipos específicos de gás, que aderem à superfície do objeto em camadas finas.

“Uma grande vantagem do método ALD reside na sua excelente capacidade de cobertura escalonada, o que significa que podemos obter cobertura uniforme de filme em superfícies muito complexas, como cilindros, pilares e valas”, disse Cao.

Para fazer seu revestimento ultrapreto, a equipe usou camadas alternadas de carboneto de titânio dopado com alumínio (TiAlC) e óxido de silício (SiO₂ ). Os dois materiais trabalham juntos para evitar que quase toda a luz seja refletida na superfície revestida.

"O TiAlC atuou como uma camada absorvente e o SiO₂ foi empregado para criar uma estrutura anti-reflexo", disse Cao. "Como resultado, quase toda a luz incidente fica presa no filme multicamadas, alcançando uma absorção eficiente de luz."

Nos testes, a equipe encontrou uma absorção média de 99,3% em uma ampla gama de comprimentos de onda de luz, desde a luz violeta a 400 nanômetros até o infravermelho próximo a 1.000 nanômetros. Usando uma camada de barreira especial, eles aplicaram seu revestimento até mesmo em ligas de magnésio, que são frequentemente usadas em aplicações aeroespaciais, mas são facilmente corroídas.

"Além do mais, o filme apresenta excelente estabilidade em ambientes adversos e é resistente o suficiente para resistir ao atrito, ao calor, à umidade e às mudanças extremas de temperatura", disse Cao.

Os autores esperam que o seu revestimento seja usado para melhorar telescópios espaciais e hardware óptico que operam nas condições mais extremas e estão trabalhando para melhorar ainda mais o seu desempenho.

"Agora que o filme pode absorver mais de 99,3% da luz visível recebida, esperamos expandir ainda mais a sua faixa de absorção de luz para incluir regiões ultravioleta e infravermelha", disse Cao.

Mais informações: Filme robusto ultrapreto depositado em liga de magnésio de grande curvatura por deposição de camada atômica, Journal of Vacuum Science &Technology A (2024). DOI:10.1116/6.0003305
Fornecido pelo Instituto Americano de Física