Un equipo de investigación científica chino propuso recientemente una nueva solución de recubrimiento para automóviles que mezcla nanotecnología y pigmentos tradicionales, que se espera que logre una apariencia de "negro extremo" cercana a un "agujero negro" en los modelos producidos en masa. Este nuevo recubrimiento híbrido combina un avanzado recubrimiento ultranegro de nanotubos de carbono alineados verticalmente (VACNT) con un proceso convencional de pulverización de pigmento negro de humo a base de agua. Mejora en gran medida la durabilidad y la capacidad de pulverización industrial del recubrimiento al tiempo que mantiene capacidades de absorción de luz ultraaltas. La tasa de absorción del revestimiento en la banda de luz visible llega al 99,90% y apenas refleja luz, lo que crea un fuerte efecto de inmersión visual.
Detrás de esta tecnología está el rápido aumento de la demanda de pintura negra para automóviles en el mercado automovilístico chino. En el pasado, el blanco alguna vez representó alrededor de dos tercios del mercado de automóviles nuevos de China, pero ahora el negro ha saltado a casi una cuarta parte. Se espera que alrededor de 7,5 millones de nuevos automóviles negros lleguen a las carreteras de China este año, cifra incluso mayor que la de los principales mercados de Europa y América del Norte juntos. En la mente de los consumidores, el negro intenso se ha convertido en un símbolo de estatus y lujo, y las preferencias del mercado están cambiando de "cualquier color servirá, siempre que sea blanco" a "cuanto más oscuro, mejor".
Ya en 2019, BMW utilizó un recubrimiento "súper negro" a escala nanométrica en un concept car X6, que en ese momento fue llamado el "automóvil más negro del mundo". Su principio básico es atrapar la luz incidente en la estructura porosa mediante la construcción de un "nanobosque" compuesto de nanotubos de carbono en la superficie, logrando así una absorción del 98% al 99,9% de la luz a través de las bandas ultravioleta, visible e infrarroja lejana. Sin embargo, este tipo de recubrimiento tiene procesos complejos, costos elevados y propiedades mecánicas frágiles. Ha sido difícil cumplir con los requisitos de los vehículos producidos en masa en términos de pulverización, resistencia a la intemperie y resistencia al desgaste.
El objetivo del recubrimiento híbrido ultranegro desarrollado esta vez por el equipo chino es introducir pigmentos tradicionales de negro de carbón al tiempo que se retiene o incluso se mejora el efecto de "trampa de luz" de la matriz de nanotubos. Los investigadores hicieron que las partículas de pigmento de negro de carbón se dispusieran espontáneamente a lo largo de la matriz de nanotubos de carbono para formar una superficie rugosa compuesta de "picos y valles" microscópicos. Esta estructura también puede dispersar y atrapar la luz incidente varias veces, haciendo que la tasa de absorción total del recubrimiento en la región de luz visible supere el 99%. En comparación con los frágiles recubrimientos de nanotubos puros anteriores, este material híbrido mejora en gran medida la resistencia mecánica y las propiedades de adhesión, y se acerca más a los requisitos de la industria automotriz para recubrimientos de producción en masa.
Liu Zhiwei, investigador químico del equipo de tecnología del color del centro principal de investigación y desarrollo de Nippon Paint Group en Shanghai, dijo que en el mercado chino, el color de la carrocería se ha convertido en uno de los puntos clave de venta. La pintura para automóviles de color negro intenso ha sido durante mucho tiempo el color icónico de los automóviles de lujo y es ampliamente favorecida por su apariencia elegante, su fuerte impacto visual y su temperamento lujoso. Señaló que los fabricantes de vehículos están buscando activamente soluciones de revestimiento ultranegro que puedan producirse en masa y tengan un negro extremo para fortalecer su imagen de marca en la feroz competencia.
En términos de adaptación del proceso, uno de los aspectos más destacados de este nuevo recubrimiento híbrido es que se puede aplicar a través de una línea de producción de aerosoles para automóviles tradicional sin la necesidad de reconstruir completamente el proceso de recubrimiento existente. En pruebas expuestas a humedad y ambientes con alta humedad, el equipo de investigación encontró que el recubrimiento tuvo un buen desempeño en términos de estabilidad a largo plazo y pasó pruebas clave como humedad, resistencia al agua y adhesión, lo que muestra un buen potencial para aplicaciones industriales. El equipo de Shanghai ha completado la exhibición de pintura con aerosol en un modelo de automóvil. La carrocería del automóvil presenta un negro intenso que es casi no reflectante, y los detalles de la superficie curva de la carrocería son casi invisibles bajo la luz.
Desde la perspectiva de los principios técnicos, el revestimiento de la matriz de nanotubos de carbono alineados verticalmente (VACNT) es uno de los materiales "más negros" conocidos por la comunidad científica. Su estructura tubular a nanoescala es perpendicular a la superficie del sustrato, formando una porosidad extremadamente alta y múltiples canales de dispersión. Después de que la luz incidente ingresa al "nano bosque", se dispersa y absorbe continuamente, lo que hace que sea extremadamente difícil escapar, logrando así una absorción de luz extremadamente alta. Ya en 2014, Vantablack, desarrollado por la empresa británica Surrey NanoSystems, atrajo una gran atención basándose en principios similares y se ha aplicado en campos como el arte y la extinción interna de los telescopios espaciales.
Sin embargo, cuando se trata de escenarios de aplicaciones exigentes, como los automóviles, cómo equilibrar el rendimiento óptico definitivo con el rendimiento mecánico y del proceso siempre ha sido el mayor problema en la implementación de ingeniería. La solución híbrida de negro de humo y nanotubos de carbono (CB-CNT) propuesta por el equipo chino esta vez crea sinergia entre los dos tipos de materiales de carbono a nivel micro. No solo aprovecha la capacidad súper absorbente de luz de la matriz de nanotubos, sino que también se basa en la ruta de proceso madura y la resistencia física del sistema de negro de carbón convencional, lo que brinda la posibilidad de una producción en masa a gran escala.
Los investigadores también dijeron que en el futuro se espera que sigan introduciendo la tecnología de índice de refracción de gradiente (GRIT) en este sistema híbrido, es decir, construyendo una estructura con un índice de refracción que cambia gradualmente de arriba a abajo dentro del recubrimiento para reducir aún más la reflexión de la superficie y permitir que la luz "no tenga adónde escapar" después de ingresar al recubrimiento. En el campo de los materiales ultranegros, algunos de los últimos logros se han acercado al nivel de absorción llamado "cuatro nueves" (99,99%), pero en este rango extremo, cómo medirlo con precisión es un desafío en sí mismo.
Los resultados relevantes se publicaron en la revista académica "Matter & Light" y se difundieron a través de Cell Press y EurekAlert. Los observadores de la industria creen que a medida que la demanda de modelos negros de alta gama en el mercado local de China continúa creciendo, una vez que este tipo de revestimiento ultranegro con factibilidad de producción en masa se introduzca realmente en los OEM, se espera que aporte un nuevo enfoque competitivo en múltiples dimensiones, como el diseño visual, el reconocimiento de marca y los tapetes funcionales. Puede que aún sea difícil determinar si realmente podrá ganar el título de "revestimiento para automóviles más negro del mundo" antes de que se desarrolle aún más la tecnología de medición, pero obviamente ha comenzado en el mercado chino una competencia técnica y estética en torno al "negro extremo".