(PhysOrg.com) - Svart är svart, höger? Inte så, enligt ett team av NASA-ingenjörer som nu utvecklar ett mer svart material som kommer att hjälpa forskare att samla in svåra att erhålla vetenskapliga mätningar eller observera för närvarande osynliga astronomiska objekt, som planeter i jordstorlek i omloppsbana runt andra stjärnor.

Det nanotekbaserade materialet utvecklas nu av ett team av tio teknologer vid NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md., är en tunn beläggning av kolnanorör med flera väggar — små ihåliga rör gjorda av rent kol, cirka 10, 000 gånger tunnare än ett hårstrå. Nanorör har en mängd potentiella användningsområden, speciellt inom elektronik och avancerade material på grund av deras unika elektriska egenskaper och extraordinära styrka. Men i denna ansökan, NASA är intresserade av att använda tekniken för att hjälpa till att undertrycka felaktigt ljus som har ett roligt sätt att rikoschettera instrumentkomponenter och förorena mätningar.

Bättre än Paint

"Det här är en teknik som ger mycket återbetalning, " sa ingenjör Leroy Sparr, som utvärderar dess effektivitet på Ocean Radiometer for Carbon Assessment (ORCA), ett nästa generations instrument som är utformat för att mäta marin fotosyntes. "Det är ungefär 10 gånger bättre än svart färg" som vanligtvis används av NASA-instrumentdesigners för att dämpa ströljus, han sa.

Tekniken fungerar på grund av dess superabsorptionsförmåga. Själva nanorören är packade vertikalt ungefär som en shagmatta. De små luckorna mellan rören absorberar 99,5 procent av ljuset som träffar dem. Med andra ord, mycket få fotoner reflekteras från kol-nanorörbeläggningen, vilket innebär att ströljus inte kan reflekteras från ytor och störa det ljus som forskarna faktiskt vill mäta. Det mänskliga ögat ser materialet som svart eftersom endast en liten del av ljuset reflekteras från materialet.

Teamet började arbeta med tekniken 2007. Okänt till gruppen, New York-baserade Rensselaer Polytechnic Institute hade också initierat en liknande insats och meddelade 2008 att dess forskare hade utvecklat det mörkaste kolnanorörsbaserade materialet som någonsin gjorts - mer än tre gånger mörkare än det tidigare rekordet.

"Vårt material är inte riktigt lika mörkt som deras, "sa John Hagopian, huvudutredaren som leder utvecklingsteamet. "Men det vi utvecklar är 10 gånger svartare än nuvarande NASA-färger som dämpar systemets ströljus. Dessutom, det kommer att vara robust för rymdapplikationer, " han sa.

Det är en viktig skillnad, sa Carl Stahle, biträdande teknikchef för Goddards Instrument Systems and Technology Division. All teknik kan inte användas i rymden på grund av de svåra miljöförhållanden som råder där. "Det är den verkliga styrkan i denna ansträngning, " Sahle sa. "Gruppen hittar sätt att tillämpa ny teknik och flyga den på våra instrument."

Stort genombrott

Genombrottet var upptäckten av ett mycket vidhäftande underlagsmaterial att odla kolnanorören på, som bara är några tiotals nanometer i diameter. För att odla kolnanorör, materialforskare applicerar vanligtvis ett katalysatorskikt av järn på ett underskikt på kiselsubstratet. De värmer sedan upp materialet i en ugn till ca 750°C (1, 382 ° F). Under uppvärmning, materialet badas i kolinnehållande råmaterialgas.

Stephanie Getty, materialforskaren i Hagopians team, varierade underskiktet såväl som tjockleken på katalysatormaterialen för att skapa kolnanorör som inte bara absorberar ljus, men förblir också fixerade till materialet på vilket de odlas. Som ett resultat, de är mer hållbara och mindre benägna att repa sig. Teamet har också odlat hållbara nanorörsbeläggningar på titan, ett bättre konstruktionsmaterial för rymdanvändning. Teamet finjusterar nu produktionstekniker för att säkerställa konsekvent kvalitet och ljusdämpande kapacitet, sa Hagopian.

Nya möjligheter tillagda

Skulle teamet bevisa materialets lämplighet i rymden, materialet skulle ge verkliga fördelar för instrumentutvecklare, Hagopian added.

För närvarande, instrument developers apply black paint to baffles and other components to reduce stray light. Because reflectance tests have shown the coating to be more effective than paint, instrument developers could grow the carbon nanotubes on the components themselves, thereby simplifying instrument designs because fewer baffles would be required. To accommodate larger components, the team now is installing a six-inch furnace to grow nanotubes on components measuring up to five inches in diameter. And under a NASA R&D award, the team also is developing a separate technique to create sheets of nanotubes that could be applied to larger, non-conforming surfaces.

In addition to simplifying instrument design, the technology would allow scientists to gather hard-to-obtain measurements because of limitations in existing light-suppression techniques or to gather information about objects in high-contrast areas, including planets in orbit around other stars, Hagopian said.

The ORCA team, which is fabricating and aligning an instrument prototype, is the first to actually apply and test the technology. The instrument is the front-runner for the proposed Aerosol/Cloud/Ecosystems (ACE) mission and requires robust light-suppression technologies because more than 90 percent of the light gathered by the instrument comes from the atmosphere. Därför, the team is looking for a technique to suppress the light so that it doesn't contaminate the faint signal the team needs to retrieve.

"It's been an issue with all the (ocean sensors) we've flown so far, " said ORCA Principal Investigator Chuck McClain.

Working with the ORCA team, Hagopian's group grew the coating on a slit, the conduit through which all light will pass on ORCA. "Having an efficient absorber is critical and the nanotubes could provide the solution, " McClain said. "Right now, it looks promising, " Sparr added. "If I can support them and they can continue advancing the technology so that it can be applied to other spacecraft components, it could be a very important development for NASA."

Goddard Chief Technologist Peter Hughes agrees, och, faktiskt, selected Hagopian and his team to receive his organization’s 2010 "Innovator of the Year" award. "Our job is to develop and advance new technology that will ultimately result in better scientific measurements. Goddard has a well-deserved reputation for creating technologies that enhance instrument performance because we are adept at quickly infusing emerging technology for specific spaceflight applications. John’s team demonstrated that key strength. And in doing so, he’s leading the way in NASA’s quest to bring about a new level of scientific discovery, " Hughes said.