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Record du monde : un matériau absorbe 99,955 % de la lumière

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Des chercheurs du célèbre Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) de l'Université Rice ont battu le record du monde du pouvoir d'absorption d'un matériau. Le corps obtenu est le plus noir jamais synthétisé par l'homme jusqu'à présent. Le secret : encore et toujours des nanotubes de carbone.

A droite le carbone vitreux, à gauche un étalon standard d'absorption et au centre le "corps noir" record du RPI. Crédit : Rensselaer Polytechnic Institute

La performance du professeur Shawn-Yu Lin et de ses collègues n'a pas que pour fonction de leur permettre de rentrer dans le livre Guinness des records. Dans la course à l'utilisation de l'énergie solaire, gagner un facteur quatre dans le pouvoir d'absorption de la lumière se révèle précieux et telle était bien l'ambition initiale des chercheurs.

Jusqu'à présent le record d'absorption avait été obtenu avec un alliage de nickel et de phosphore déposé en film mince. On peut aussi mesurer le pouvoir d'absorption d'un matériau indirectement en mesurant son pouvoir de réflexion. Dans le cas de l'alliage précédent, on obtenait en général une valeur comprise entre 0,16 et 0,18 %. Les chercheurs du RPI sont descendus à un pouvoir de réflexion de 0,045 %.

Une image au microscope électronique de la forêt de nanotubes de carbone verticalement arangés. Crédit : Rensselaer Polytechnic Institute

Etonnant carbone

Pour parvenir à ce résultat, il a fallu contrôler finement la formation d’un alignement vertical très serré de nanotubes de carbone. Les paramètres sur lesquels les chercheurs ont joué sont la dimension des nanotubes (diamètre variant de 8 à 10 nanomètres et longueur de 500 à 1.000 micromètres) et la périodicité de la structure formée par l'alignement de nanotubes.

Quand on y pense, le résultat est étonnant car le carbone vitreux, réalisé avec le même élément que les nanotubes, possède un pouvoir de réflexion supérieur de plus de deux ordres de grandeur à celui du matériau du groupe du professeur Lin...

Les chercheurs ont pu constater que le pouvoir d'absorption du nouveau matériau restait remarquablement constant sur un large intervalle de longueurs d'onde. De même, ils n'ont pas constaté d'altération notable de ses capacités alors qu'ils élevaient la température d'un échantillon jusqu'à 1.500 kelvins.

L'une des applications potentielles importantes de ce nouveau matériau est la conversion thermophotovoltaïque. Elle requiert pour produire efficacement de l'électricité une absorption la plus complète possible de la lumière à tous les angles, toutes les polarisations et à toutes les longueurs d'onde. Les chercheurs sont d'ailleurs pour cela occupés à développer une théorie plus précise des mécanismes responsables des propriétés d'absorption de leur création, afin de déterminer comment atteindre un pouvoir d'absorption le plus élevé possible avec cette technique basée sur les nanotubes en carbone.