Belgische onderzoekers lopen mee in race naar zwartste zwart

De machine om het zwartste zwart te maken, komt van het Luikse bedrijf Lasea. ©DOC

Het Belgische onderzoekscentrum Sirris ontwikkelde een speciale laser om de textuur van materialen te wijzigen om het allerdonkerste zwart te creëren. De industrie heeft grote belangstelling.

Al enkele jaren zijn wetenschappers en bedrijven naarstig op zoek naar een wel heel bijzondere iets: het allerzwartste materiaal. De belangstelling valt vooral te verklaren door de bijzondere eigenschappen van ultrazwarte materialen. Ze zijn zo donker dat ze weinig tot geen licht weerkaatsen, wat ze uiterst geschikt maakt voor bepaalde toepassingen.

De essentie

  • Onderzoekers zijn op zoek naar het 'allerzwartste zwart' wegens zijn optische en thermische eigenschappen.
  • Het onderzoekscentrum Sirris ontwikkelde een methode om oppervlakten met laserpulsen ultrazwart te maken.
  • Belgische bedrijven die actief zijn in de ruimtevaart kunnen daarvan profiteren

Zwarte coatings worden al op grote schaal gebruikt, bijvoorbeeld in de ruimtevaartsector. Met goede resultaten, maar ook met beperkingen. De coatings zijn kwetsbaar en het aanbrengen ervan is een complex proces in meerdere stappen en met gebruik van chemische producten. Maar ook prestaties van het ultrazwart zijn nog voor verbetering vatbaar, vooral op het vlak van warmtereflectie. Het huidige zwart is nog niet zwart genoeg, ondanks de vaak zeer hoge prijs.

Het onderzoeks- en expertisecentrum voor de technologische industrie Sirris probeert het daarom met een nieuwe techniek. Het ontwikkelt die samen met het Europees Ruimtevaartagentschap (ESA) en met financiële steun van de Federale Overheidsdienst Wetenschapsbeleid Belspo. Om oppervlakken superzwart te maken, wordt gebruik gemaakt van ultrakort gepulste lasers die de textuur van een materiaal wijzigen.

We maken microstructuren die bedekt zijn met nanostructuren. De combinatie van die twee is het geheim van ons proces.
Olivier Malek
Onderzoeker Sirris

‘Met de laser bewerken we het materiaal door een gelaagde textuur te creëren, die er een beetje schuimig uitziet’, zegt Olivier Malek, hoofd van het onderzoek naar geavanceerde productietechnieken bij Sirris. ‘We maken microstructuren die bedekt zijn met nanostructuren. De combinatie van die twee is het geheim van ons proces.’

Aluminium en nikkel

Met het procedé kan invallend licht zeer efficiënt worden geabsorbeerd, waardoor het oppervlak uiterst zwart wordt zonder de nadelen van een coating. Opmerkelijk genoeg heeft het materiaal dat zwart wordt gemaakt, een mengsel van aluminium en nikkel, aanvankelijk een wit-grijze kleur.

Het resultaat is een bijna volmaakt zwart oppervlak met een emissiviteit die een stuk hoger is dan die van coatings. Emissiviteit is de mate waarin een object warmtestraling uitzendt. Ze heeft een waarde van 0 tot 1, waarbij een volledig zwart lichaam een waarde heeft van 1. De methode van Sirris haalt een waarde van 0,99, tegenover 0,92 à 0,95 voor coatings.

De machine om het zwartste zwart te maken komt van het Luikse bedrijf Lasea, een specialist in uiterst nauwkeurige laserbewerkingen. ‘Deze laser stuurt een ultrakorte puls uit. De energie mag niet in het materiaal binnendringen, omdat dat warmte in het materiaal zou brengen en het zou doen smelten’, zegt Malek. Het proces kan ook worden toegepast op andere materialen, zoals titanium, staal, en waarschijnlijk ook keramiek.

Extreem zwarte materialen worden onder meer gebruikt in de bouw van ruimtetuigen. ©BELGA

Ultrazwart kan zowel om optische als om thermische redenen interessant zijn, zegt Malek. ‘Een zwart oppervlak reflecteert weinig of geen licht en wordt vaak gebruikt in ruimtevaart- en optische instrumenten. Het gaat de verstrooiing van licht tegen en verbetert de nauwkeurigheid. Op optisch vlak halen we hetzelfde prestatieniveau als coatings, maar zonder de nadelen van de kwetsbare coating en het ingewikkelde productieproces.’

Het thermische voordeel van ultrazwart heeft te maken met de grote emissiviteit of warmte-uitstraling. Die straling is in de ruimte, bij gebrek aan gassen, de enige manier waarop voorwerpen zich van hun overtollige warmte kunnen ontdoen. Om satellieten en andere instrumenten koel te houden, wordt gebruik gemaakt van zwarte ‘radiatoren’  die veel warmte uitstralen.

Aanbestedingen

‘In aanbestedingen is dat een heel belangrijk element voor Belgische bedrijven’, zegt Jean-François Delaigle, hoofd business development bij Sirris. ‘Als we de radiatoren 28 procent kleiner kunnen maken, wat met onze technologie mogelijk is, gaan de kosten omlaag en heeft het bedrijf meer kans om te winnen.’

De technologie is nu bewezen, wat volgens de twee wetenschappers de deur openzet naar een hele reeks nieuwe toepassingen. Die gaat Sirris bestuderen in een vervolgproject, samen met een aantal Belgische bedrijven en het ruimtevaartcentrum van Luik.

Het doel is onze kennis over te dragen aan de industrie.
Jean-François Delaigle
Hoofd business development bij Sirris

De telescoopspiegelspecialist Amos, het Vlaamse ruimtevaarttechnologiebedrijf Qinetiq en Sonaca hebben al belangstelling. ‘Het doel is onze kennis over te dragen aan de industrie om een impact te hebben op de Belgische economie. Sirris neemt zelf geen octrooien op deze technologie’, zegt Delaigle.

Witste verf tegen opwarming

Zoals in de ruimtevaart gezocht wordt naar het zwartste zwart, is er tegelijk een race bezig om het witste wit te ontwikkelen.

De toepassing zit vooral in de bouwsector. Hoe witter een gebouw, hoe meer zonlicht (UV en infrarood) het reflecteert en hoe koeler het blijft. Ultrawitte verf kan helpen besparen op energie voor de airconditioning. Heel grote bouwwerken die een ultrawitte verflaag krijgen, reflecteren ook meer warmte terug naar de ruimte, wat kan helpen om de opwarming van onze atmosfeer tegen te gaan.

Een team van de Amerikaanse Purdue Universiteit kwam in april op de proppen met een witte verf die 98,1 procent van het invallende zonlicht reflecteert. Het gaat om een verbetering van een uitvinding die het in oktober 2020 bekendmaakte. Toen was nog sprake van 95,5 procent reflectie. Ter vergelijking: de allerwitste verven in de handel halen een reflectiegraad van 80 tot 90 procent.

Maar stof en vuil smoren de reflecterende werking in de kiem. Het team van Purdue werkt daarom aan een vuilafstotende versie van de witte verf.

Lees verder

Advertentie
Advertentie
Advertentie

Gesponsorde inhoud

Gesponsorde inhoud