07 diciembre 2010

NASA desarrolla un color mucho más oscuro que el color negro




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Negro es negro, ¿verdad? Pues no es así, según un equipo de ingenieros de la NASA quienes desarrollaron un color negro mucho más intenso; el material permitirá a los científicos obtener mediciones científicas u observar objetos astronómicos que no han podido ser captados en la actualidad, como por ejemplo, planetas del tamaño de la Tierra en órbita alrededor de otras estrellas.

El material basado en la nanotecnología ya está siendo evaluado por un equipo de 10 técnicos de la NASA en el Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland. Consiste es una capa delgada de nanotubos de carbono de pared múltiple - pequeños tubos huecos de carbono puro que es 10.000 veces más delgada que una hebra de cabello humano. Los nanotubos tienen una multitud de usos potenciales, especialmente en la electrónica, gracias a sus propiedades eléctricas y su extraordinaria fuerza. El interés de la NASA está en usar dicha tecnología para recubrir el interior de las cámaras y telescopios que hay en el espacio, ya que por ahora el 40% de las fotos no se puede utilizar debido a la contaminación lumínica.




Mejor que la pintura

"Esta es una tecnología que ofrece una gran cantidad de recuperación de la inversión", dijo el ingeniero de Leroy Sparr, que está evaluando su eficacia en el Radiómetro Marino para la Evaluación de carbono (ORCA), un instrumento de nueva generación que está diseñado para medir la fotosíntesis marina. "Es 10 veces mejor que la pintura negra" normalmente utilizada por los diseñadores instrumento de la NASA para suprimir la luz externa, dijo. La NASA utiliza pintura Z306 para su color negro, pero esta nueva pintura, hecha de nanotubos de carbono crecidos sobre titanio, es 10 veces más negra que la pintura más negra que hay hasta ahora en el mundo.

La tecnología funciona, debido a su capacidad de super-absorción. Los nanotubos están de forma vertical, a manera muy similar al de una alfombra de peluche. Los pequeños huecos entre los tubos absorben el 99.5% de la luz que les llega. En otras palabras, muy pocos fotones se reflejan en la capa de nanotubos de carbono, lo que significa que la luz externa no se refleja en la superficie evitando que la misma interfiera con la luz que los científicos realmente quieren medir. El ojo humano capta el material como si fuera de color negro, ya que sólo una pequeña fracción de la luz se refleja en él.

Los nanotubos de carbono de pared múltiple son pequeños tubos huecos de carbono puro, 10.000 veces más delgadas que un cabello humano. La NASA está investigando su uso para ayudar a suprimir la luz que rebota en los componentes e instrumentos de mediciones. Crédito: NASA.


El equipo comenzó a trabajar con esta tecnología en 2007. La sede en Nueva York del Rensselaer Polytechnic Institute también realizo un esfuerzo similar en 2008 y anunció que sus investigadores han desarrollado el material más oscuro jamas hecho basado en nanotubos de carbono - tres veces más oscuro que el anterior. "Nuestro material no es tan oscuro como la de ellos", dijo John Hagopian, el investigador principal líder del equipo de desarrollo. "Pero lo que está en desarrollo es 10 veces más negro que las actuales pinturas que utiliza la NASA para suprimir la "contaminación de luz". Por otra parte, será algo robusto para aplicaciones espaciales", dijo.

Esa es una distinción importante, dijo Carl Stahle, jefe adjunto del Goddard's Instrument Systems and Technology Division. No toda tecnología se puede utilizar en el espacio debido a las duras condiciones ambientales encontradas allí. "Esa es la verdadera fuerza de este esfuerzo", dijo Stahle. "Encontrar la forma de aplicar estas nuevas tecnologías en nuestros instrumentos".

El investigador John Hagopian muestra ambas pinturas. A la izquierda la pintura negra que normalmente utiliza la NASA; la muestra a la derecha es el material nuevo basado en nanotubos de carbón. Crédito: Chris Gunn / NASA.


Gran Avance

El avance fue el descubrimiento de una capa inferior de material altamente adhesivo sobre la cual crecen los nanotubos de carbono, con apenas unas decenas de nanómetros de diámetro. Para hacer crecer los nanotubos de carbono, los científicos aplican una capa de catalizador de hierro sobre una capa inferior con substrato de silicio. A continuación, se expone el material a una temperatura de 750 ° C (1.382 ° F). Mientras se calienta, el material es bañado por el carbono que contiene el gas como materia prima.

Stephanie Getty, experta en materiales del equipo de Hagopian, cambia la capa inferior, así como también el espesor de los materiales del catalizador con la finalidad de crear nanotubos de carbono que no sólo absorben la luz, sino también que puedan permanecer unidos a la materia sobre la que se desarrollan. Como resultado, son más durables y menos propensos a rasgarse. El equipo también ha desarrollado recubrimientos duraderos en nanotubos de titanio, un material estructural con una mejor aplicación en el espacio. El equipo trabaja en afinar las técnicas de producción para asegurar una calidad constante y con una mejor capacidad de supresión de luz, dijo Hagopian.

Se agregaron nuevas capacidades

Si el equipo logra demostrar la idoneidad del material en el espacio, el material podría proporcionar beneficios reales a los desarrolladores de instrumentos, agregó Hagopian.

En la actualidad, los desarrolladores de instrumentos utilizan la pintura negra en bafles y otros componentes para reducir la "contaminación de luz". Pruebas realizadas han demostrado que la reflectancia es mínima, resultando en un recubrimiento mucho más eficaz que la pintura, permitiendo a los desarrolladores de instrumentos focalizarse en hacer crecer estos nanotubos de carbono en componentes específicos, simplificando el desarrollo en diseño y reduciendo la cantidad de bafles. Para poder dar cabida a grandes componentes, el equipo trabaja en la instalación de un horno de seis pulgadas con capacidad para hacer crecer nanotubos de componentes que miden hasta cinco pulgadas de diámetro. También están desarrollando una técnica independiente para crear hojas de nanotubos que podrían se aplicados a equipos más grandes con superficies irregulares.

Comparativo de imágenes; a la izquierda usando la pintura Z306 y a la derecha la nueva pintura con tecnología de nanotubos de carbón.


Esta tecnología además de simplificar el diseño de instrumentos, permitirá a los científicos obtener mediciones muy complicadas que antes no eran posibles debido a las limitaciones técnicas existentes; podrán reunir información acerca de aquellos objetos lejanos que se encuentran en zonas de alto contraste, como los planetas en órbita alrededor de otras estrellas, afirma Hagopian.

El equipo ORCA, pondrá a prueba esta tecnología en el Aerosol/Cloud/Ecosystems (ACE), misión que requiere de una tecnología robusta en la supresión de luz, en donde más del 90% de la luz recogida por el instrumento proviene de la atmósfera. El equipo busca suprimir la luz entrante para que esta no contamine la débil señal que recibe.

"Ha sido un problema con todos los sensores oceánicos que hemos utilizado hasta ahora", dijo Chuck McClain, Investigador Principal del ORCA.

"Tener un amortiguador eficiente es algo crítico y los nanotubos podrían ser la solución", dijo McClain. "En este momento, parece prometedor", agregó Sparr. "Si puedo apoyarlos para que puedan seguir avanzando en el desarrollo de esta tecnología, pueda que la misma se aplique en un futuro a otros proyectos tan importantes para la NASA".

El equipo espera recibir el premio "Innovador del Año 2010" por los aportes de su organización al desarrollo de nuevas técnicas. "Nuestro trabajo es desarrollar y promover nuevas tecnologías que en última instancia se traducirán en mejores mediciones científicas. Goddard tiene una bien merecida reputación por la creación de tecnologías que mejoran el rendimiento, gracias a la experiencia en tecnología emergente para aplicaciones específicas de los vuelos espaciales. El equipo ha demostrado su fuerza, y al hacerlo, está liderando el camino de la NASA en la búsqueda de lograr nuevos descubrimientos a nivel científico", dijo Hughes.


Por Lori J. Keesey
Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland

Traducción de Juan Carlos Jiménez
Fuente: NASA


Quantum opina:

Uno de los grandes problemas en los telescopios actuales es poder captar buenas imágenes con fuentes de luz demasiadas tenues. Pues la "contaminación de luz" interfiere con las lecturas y las mediciones de los diferentes tipos de instrumentos. Para ello la NASA utiliza en la actualidad una pintura especial llamada Z306, que es mucho más oscura que el negro normal, sin embargo, la nueva pintura hecha de nanotubos de carbono crecidos sobre titanio es 10 veces más oscura que la pintura más negra del mundo. Con esto esperan absorver el 99,5% de la luz el interior de las cámaras y telescopios en el espacio.

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