Im Jahre 2014 entwickelte die Firma Surrey NanoSystems, eine Beschichtung aus gerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren. Diese Beschichtung wurde auch „Das schwärzeste Schwarz der Welt“ genannt. Dank seiner Eigenschaft, einfallendes Licht so gut wie restlos zu absorbieren, wirkt es tiefschwarz. Der Name Vanta setzt sich zusammen aus (Vertically Aligned Nano Tube Array, deutsch senkrecht angeordnetes Nanoröhren-Raster).
Quelle: YouTube-Surrey NanoSystems
Vantablack ist keine Substanz, Pigment oder Farbe sondern eine Beschichtung.
Die Beschichtung enthält auf einer Fläche von einem Quadrat-Zentimeter, etwa eine Milliarde, vertikal angeordnete Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes, CNTs). Ein CNT hat dabei eine Durchschnittslänge von 14 – 50 Mikrometer und einen Durchmesser von 20 Nanometern - Ein menschliches Haar hat ungefähr einen 3500 Mal größeren Durchmesser. Da die CNT´s so extrem dünn und lang sind, liegt der Anteil der Nanoröhrchen bei 0,05% der Beschichtung. Die restlichen 99,95% sind leerer Raum. Dadurch ist die Beschichtung extrem leicht, eine Fläche von Einem Quadrat-Meter, wiegt gerade mal 2,5 Gramm. In einer speziell entworfenen CVD-Kammer, wird Vantablack unter einer Vielzahl von extrem leistungsfähigen Lampen entwickelt. Dabei wird die Oberflächentemperatur auf 430° C oder höher erhitzt und die Nanoröhrchen können wachsen. Denn die CNDs wachsen epitaktisch. [1,3] Das Geheimnis ist der leere Raum - Da das Verhältnis zwischen Durchmesser der Röhrchen und Abstand zwischen den CNTs zu ihrer Länge stimmt.
Wenn dann Licht auf die Beschichtung trifft, tritt es in den Bereich zwischen den Nanoröhrchen ein, die Lichtenergie prallt dabei von Röhrchen zu Röhrchen weiter ab, wird in Wärme umgewandelt und somit wird das Licht zu 99,965 Prozent absorbiert. Wird die Oberfläche eines dreidimensionalen Objektes mit Vantablack beschichtet, dann sind die klaren Strukturen für das menschliche Auge nicht mehr sichtbar. Man hat das Gefühl in ein schwarzes Loch, oder ins Nichts zu sehen. So erhält das dreidimensionale Objekt, für unsere Augen eine zweidimensionale Oberfläche. [1,2]
Anwendungsgebiete
Vantablack wurde ursprünglich entwickelt, um ungewolltes Streulicht zu reduzieren. Das Hauptaugenmerk lag dabei vor allem in der Anwendung für die Raumfahrttechnik, wie z.B. Weltraumteleskope. Da die Beschichtung besonders effektiv Streulicht absorbiert, benutzt man sie auch gerne für Solarkollektoren, Mess- und Sensortechnik und für Infrarotkameras. In einer Vielzahl von Systemen, wird Vantablack für die Streulichtsteuerung verwendet, z.B. als Schwarzkörperkalibrierungsstandard, als Absorberschicht für thermische und optische Sensoren oder als energieabsorbierende Beschichtung für Licht/Strahlfallen. Inzwischen haben einige Schmuckhersteller, sowie Künstler die besonderen Eigenschaften von Vantablack für sich entdeckt. [1,2]
Infrarotkameras und Sensoren:
Streulicht, Kaltabschirmungen. IR-Sensoren, Leitbleche, Tubusse
Elektro-optische Systeme:
Streulicht Leitbleche, Öffnungen, Gehäuse
Satellitensysteme:
Schwarzkörperlöcher, Leitbleche zur Sternenbeobachtung, thermische Steuerung
Metrologie:
Streulicht und Kalibrierungsstandards für Interferometer, Spektrometer
Digitale Kameras & Astronomie:
Streulichtsteuerung, Öffnungen, Tubusse, Gehäuse
Mobiltelefone:
Kameraöffnungen & ästhetische Formgebung
Automobilbranche:
Kameras und HUD-Systeme, Armaturenbretter
Digitale Projektion:
DMD Verschluss, Lichtaufnahmeflächen, Leitbleche, Streulichtsteuerung
Uhrenmacher + Schmuck:
Wahlscheiben, Brücken, einzigartige ästhetische Designeigenschaften
Kunst + Design + Architektur:
Einzigartige, visuelle Designeigenschaften, thermische Steuerung
Solarenergie-Systeme:
hocheffiziente, solarabsorbierende Beschichtungen
Source: Technisches Datenblatt des Herstellers, gibt’s hier als Download
Surrey NanoSystems - Surrey NanoSystems CC BY-SA 3.0
Vantablack wird mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf die Oberfläche aufgebracht. Während die CNTs durch Abrieb oder mechanischer Belastung zerstört werden, sind sie gegenüber Vibrationen, Erschütterungen und sogar starker Temperaturschwankungen (von ~500°C) robust und flexibel. Selbst Wasser hat keinen Einfluss auf die optischen Eigenschaften, da Vantablack, anders als andere schwarze Beschichtungen, stark wasserabweisend ist. Eine einzige Berührung mit dem bloßen Finger, würde die CNTs sofort zerstören. Es ist ratsam Vantablack durch eine Scheibe, oder zusätzlichen Beschichtung zu schützen. [1]
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) der WHO, hat die krebserregende Wirkung der Kohlenstoffnanoröhrchen auf den Menschen untersucht und sie als „Nicht klassifizierbar“ eingestuft. In mehreren Versuchsreihen an Tieren, zeigten sich negative Effekte durch inhalieren besonders dünner und langer CNTs. Das Schädigungspotenzial wird teilweise mit Asbest verglichen. Doch da Vantablack für den Normalverbraucher nicht zu erwerben ist und nur von Spezialisten verwendet werden darf, stellt die Beschichtung keine direkte Gesundheitsgefährdung dar. Weiterhin ist eine Exposition so gut wie ausgeschlossen, da Vantablack nur in sehr speziellen Anwendungsgebieten (wie z.B.in der Weltraumtechnik) zum Einsatz kommt.
Vantablack S-VIS
Die Beschichtung Vantablack S-VIS besteht aus wesentlich kürzeren, nicht ausgerichteten CNTs, Bindemitteln und anderen organischen Materialien. Vantablack S-VIS ist eine Version zum aufsprühen und wurde entwickelt, um das Spektrum der Anwendungen dieser superschwarzen Beschichtung zu erweitern. Sie hinterlässt eine strukturierte Beschichtung nach dem Aufsprühen und das besprühte Objekt wird in weiteren Vakuum-Verfahren bearbeitet. Dabei werden optische Öffnungen gebildet, die das Licht ähnlich einfangen wie Vantablack. Die Reflektanzleistung von Vantablack S-VIS ist so wirksam, dass es jede andere schwarze Farbe oder superschwarze Beschichtung übertrifft. Nur Vantablack selbst kann diese toppen. Aufgrund von Exportlizenzeinschränkungen ist auch dieses Produkt nicht für Privatpersonen erhältlich. [1,2]
Vantablack in der Kunst
Mit einer sehr umstrittenen Aktion, machte der international gefeierte Bildhauer und Künstler Anish Kapoor von sich reden und zog den Unmut Teile der britischen Künstlerschaft auf sich. Er erklärte bereits im Sommer 2014, kurz nach Bekanntgabe der Entwicklung, dass er gerne mit Vantablack arbeiten wolle. Letztendlich erwirkte er, mit Hilfe seines Vermögens von über 130 Millionen Pfund, die exklusiven Nutzungsrechte an der Verwendung von Vantablack im Kunstbereich. Dies verärgerte natürlich viele Künstler, die auch gerne mit Vantablack gearbeitet hätten. Das exklusive Nutzungsrecht an einer Farbe ist höchst umstritten, zumal der Künstler Anish Kapoor, sich das Nutzungsrecht erkaufte und nicht der Erfinder dieser Farbe ist. [3]
Kann man dennoch Vantablack-Proben bestellen?
Nur geprüfte Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Ausbildungsstätten können Vantablack Proben bestellen. Allerdings werden inzwischen für Schulen, Universitäten und Museen, aufgrund der hohen Nachfrage, spezielle Vorzeigemodelle entwickelt, um den Beobachtern die einzigartigen Eigenschaften der Beschichtung zu präsentieren.
Quellenverzeichnis:
[1] https://www.surreynanosystems.com/de/vantablack
[2] https://nanoinformation.at/grundlagen/arten-und-formen/vantablack.html