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

Exploiter l'obscurité à une utilisation pratique, chercheurs au National Institute of Standards and Technology (NIST) ont mis au point un détecteur de puissance laser recouvert de forêts de material‑a darkest du monde des nanotubes de carbone qui reflète presque aucune lumière entre le visible et une partie du spectre infrarouge.

NIST utilisera le nouveau détecteur ultra-dark, décrit dans un nouveau document lettres Nano, * pour faire des mesures de puissance laser de précision pour les technologies avancées comme les communications optiques, fabrication basée sur le laser, conversion de l'énergie solaire et capteurs industriels et véhiculées par satellite.

Inspiré par un papier 2008 par Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) sur "la plus sombre artificiel matériel jamais," ** l'équipe NIST utilisé un tableau sparse de nanotubes fine comme un revêtement pour un détecteur thermique, un dispositif servant à mesurer la puissance du laser.Un co-auteur à Stony Brook University à New York a augmenté le revêtement nanotube. Le revêtement absorbe la lumière laser et la convertit en chaleur, ce qui est enregistré dans le matériau pyroélectriques (lithium tantalate dans ce cas).

Légende : Il s'agit d'un Microphotographie colorisé de matériau darkest du monde--une sparse "forêt" des nanotubes de carbone fine--revêtement d'un détecteur de puissance laser NIST.Image montre une région environ 25 micromètres dans l'ensemble. Crédit : Aric Sanders, NIST. Les restrictions d'utilisation : aucun.

L'élévation de température génère un courant, ce qui est mesuré pour déterminer la puissance du laser.Le retombons le revêtement, plus efficacement, elle absorbe la lumière au lieu de reflétant il et la plus précise les mesures. Le nouveau détecteur NIST reflète uniformément moins de 0,1 % de la lumière aux longueurs d'onde de violet profond à 400 nanomètres (nm) à proche infrarouge à 4 micromètres (μm) et moins de 1 % de la lumière dans le spectre infrarouge de 4 à 14 μm. Les résultats sont similaires à celles signalées pour le matériel RPI et dans un livre 2009 par un groupe japonais.

Le travail NIST est unique dans la mesure où les nanotubes ont été cultivés sur du matériel pyroélectriques, considérant que les autres groupes ont augmenté leur sur silicium. Les chercheurs NIST planifier étendre la plage de fonctionnement étalonnée de leur équipement à 50 ou même 100 micromètre longueurs, peut-être fournir une norme pour la puissance de rayonnement Térahertz.

NIST effectuées précédemment détecteur revêtements provenant d'une variété de matériaux, y compris les tapis nanotube plat.Le nouveau revêtement est une forêt verticale de nanotubes multiwalled, chaque inférieure à 10 nanomètres de diamètre et de longs environ 160 micromètres. Les creux profonds peuvent contribuer à lumière de recouvrement, et le motif aléatoire diffuse toute lumière réfléchie dans des directions différentes. La quantité de lumière s'est reflétée dans un large éventail de mesure était techniquement exigeant ; l'équipe NIST a passé des centaines d'heures à l'aide de cinq méthodes différentes pour mesurer la réflexion vanishingly faible avec une précision suffisante. Trois des cinq méthodes impliqués des comparaisons du détecteur nanotube revêtu d'une norme calibré.

Les nanotubes de carbone offrent des propriétés idéales pour les revêtements de détecteur thermique, en partie parce qu'ils sont des conducteurs de chaleur efficace. Nickel phosphore, par exemple, reflète moins à certaines longueurs d'onde de la lumière, mais ne conduit pas la chaleur ainsi. Les nouveaux matériaux nanotube de carbone sont également plus sombres que documents de référence standard divers du NIST, pour développé il y a des années pour l'étalonnage des instruments de couleur noire.###

* J. Lehman, a. Sanders, l. Hanssen, b. Wilthan et j. Zeng.2010. Un détecteur infrarouge très noir de Nanotubes de carbone aligné verticalement et le champ électrique Poling de lithium tantalate.Lettres de nano.Publié en ligne le 3 août 2010.

** Yang de Z.P., l. Ci, le juge Bur, Lin S.Y. et Ajayan h.Observation expérimentale d'un matériau extrêmement sombre faite par une baie nanotube de faible densité.Lettres de nano.Vol. 8, no 2, 446-451.

Contact : Laura Ost laura.ost@nist.gov 303-497-4880 National Institute of Standards et Technology (NIST)