Le revêtement ultranoir de l’équipe peut être appliqué sur des surfaces courbes et des alliages de magnésium pour piéger presque toute la lumière. Crédit : Jin et al.
Le revêtement en couche mince peut être appliqué aux alliages de magnésium pour les applications aérospatiales et optiques.
Parfois, voir clairement nécessite un noir complet. Pour l’astronomie et l’optique de précision, les dispositifs de revêtement en peinture noire peuvent réduire la lumière parasite, améliorant ainsi les images et augmentant les performances. Pour les télescopes et les systèmes optiques les plus avancés, chaque petit détail compte, c’est pourquoi leurs fabricants recherchent les noirs les plus noirs pour les recouvrir.
Dans le Journal de la science et de la technologie du vide A, par AIP Publishing, des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Shanghai et de l’Académie chinoise des sciences ont développé un revêtement en couche mince ultra-noir pour les alliages de magnésium de qualité aérospatiale. Leur revêtement absorbe 99,3 % de la lumière tout en étant suffisamment durable pour survivre dans des conditions difficiles.
Pour les télescopes fonctionnant dans le vide de l’espace, ou les équipements optiques dans des environnements extrêmes, les revêtements existants sont souvent insuffisants.
Avancées dans les revêtements noirs
« Les revêtements noirs existants, comme les nanotubes de carbone alignés verticalement ou le silicium noir, sont limités par leur fragilité », a déclaré l’auteur Yunzhen Cao. « Il est également difficile pour de nombreuses autres méthodes de revêtement d’appliquer des revêtements à l’intérieur d’un tube ou sur d’autres structures complexes. Ceci est important pour leur application dans les dispositifs optiques, car ils présentent souvent une courbure importante ou des formes complexes.
Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs se sont tournés vers le dépôt de couche atomique (ALD). Avec cette technique de fabrication sous vide, la cible est placée dans une chambre à vide et exposée séquentiellement à des types spécifiques de gaz, qui adhèrent à la surface de l’objet en fines couches.
« L’un des principaux avantages de la méthode ALD réside dans son excellente capacité de couverture par étapes, ce qui signifie que nous pouvons obtenir une couverture de film uniforme sur des surfaces très complexes, telles que des cylindres, des piliers et des tranchées », a déclaré Cao.
Pour réaliser leur revêtement ultranoir, l’équipe a utilisé des couches alternées de carbure de titane dopé à l’aluminium (TiAlC) et de nitrure de silicium (SiO2). Les deux matériaux fonctionnent ensemble pour empêcher presque toute la lumière de se refléter sur la surface enduite.
« Le TiAlC a agi comme une couche absorbante et le SiO2 a été utilisé pour créer une structure antireflet », a expliqué Cao. « En conséquence, presque toute la lumière incidente est piégée dans le film multicouche, permettant ainsi une absorption efficace de la lumière. »
Applications et améliorations futures
Lors des tests, l’équipe a constaté une absorption moyenne de 99,3 % sur une large gamme de longueurs d’onde lumineuses, de la lumière violette à 400 nanomètres jusqu’au proche infrarouge à 1 000 nanomètres. À l’aide d’une couche barrière spéciale, ils ont même appliqué leur revêtement sur des alliages de magnésium, souvent utilisés dans les applications aérospatiales mais facilement corrodés.
« De plus, le film fait preuve d’une superbe stabilité dans des environnements défavorables et est suffisamment résistant pour résister à la friction, à la chaleur, aux conditions humides et aux changements de température extrêmes », a déclaré Cao.
Les auteurs espèrent que leur revêtement sera utilisé pour améliorer les télescopes spatiaux et le matériel optique fonctionnant dans les conditions les plus extrêmes et travaillent à améliorer encore leurs performances.
« Maintenant que le film peut absorber plus de 99,3 % de la lumière visible entrante, nous espérons étendre encore plus sa plage d’absorption de la lumière pour inclure les régions ultraviolettes et infrarouges », a déclaré Cao.
