Inspiriert von BMW-AutolackUltraschwarze Farbe schluckt Licht zu 99,9 Prozent
Ein tiefes Schwarz bei Autolacken wird als besonders elegant empfunden. Eine in China entwickelte Substanz übertrifft bisherige Materialien und könnte bald auf Oberklasse-Modellen zum Einsatz kommen. Ein deutscher Konzern lieferte dafür den Anstoß.
Schwarz, schwärzer, ultraschwarz: Chinesische Forscher haben ein Schwarz entwickelt, das 99,9 Prozent des einfallenden Lichts schluckt - also fast alles. Wahrscheinlich sei die Farbe für Autolacke geeignet, meint das Team um Zhiwei Liu von der Nippon Paint Company in Shanghai. Die Farbe kombiniert Ruß als Pigment mit winzigen Kohlenstoffröhrchen so, dass Licht nicht nur absorbiert, sondern auch mehrfach gestreut wird.
Manche Autokäufer empfinden tiefes Schwarz beim Lack als besonders elegant - das gilt den Forschenden zufolge besonders für den chinesischen Markt. "Tiefschwarze Lackierungen gelten aufgrund ihrer eleganten Optik, ihrer starken visuellen Wirkung und ihres luxuriösen Untertons seit Langem als Premium-Wahl und charakteristisches Merkmal für Luxusfahrzeuge", erklärte Liu.
Ein zutiefst schwarzer BMW
Angeregt wurde die Forschung demnach vom deutschen Autokonzern BMW, der 2019 an einem Konzeptwagen ein sehr tiefes Schwarz - das sogenannte Vantablack - mit gerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren präsentierte. "Trotz der rasanten Entwicklung von Technologien und Anlagen gibt es bei der praktischen Verarbeitbarkeit von Nanomaterialien, die Kohlenstoffnanoröhren enthalten, noch Verbesserungspotenzial", erklärte Liu.
Er und sein Team testeten verschiedene Mischungsverhältnisse von Ruß und Nanoröhren. Die Ergebnisse stellen sie nun im Fachmagazin "Matter & Light" vor. Weil die Nanoröhren die Lösung zäh machten, versuchten die Forschenden, ihren Anteil relativ gering zu halten. Schließlich enthielt ihr Gemisch 140 Gramm Rußpigment und 60 Gramm Nanoröhren sowie weitere Zutaten. Das feuchte Gemisch wurde in einer Nassmahlmühle fünf Stunden lang zerkleinert. Der Prozess dient dazu, dass die Rußpigmente sich auf die Nanoröhren verteilen und kaum klumpen.
Ruß allein würde nicht genügen
Nach Angaben von Liu und Kollegen können Rußpigmente maximal 99,8 Prozent des einfallenden Lichts aufnehmen, der Rest wird reflektiert. Um die Reflexion weiter zu verringern, müssen feinste Strukturen dafür sorgen, dass das Licht mehrmals gestreut wird - dafür dienen die Nanoröhren.
So reflektiert die von den Forschern entwickelte Farbe lediglich 0,08 Prozent des Lichts, wirkt also tiefschwarz. Das von BMW verwendete Vantablack reflektierte sogar nur 0,04 Prozent, doch die praktische Umsetzung der Verwendung dieser Farbe stelle die Autoindustrie wegen der komplexen Anwendungsanforderungen an Lacke vor große Herausforderungen, erläutern die Studienautoren.
Sie prüften ihre Farbe in einer Zentrifuge mit 4000 Umdrehungen pro Minute und setzten sie 14 Tage lang einer Umgebung mit 40 Grad und 95 Prozent Luftfeuchtigkeit aus. Die Farbe veränderte sich durch diese und weitere Tests nicht wesentlich, sodass die Forscher davon ausgehen, dass sie für Autolacke geeignet ist.