Een Chinees wetenschappelijk onderzoeksteam heeft onlangs een nieuwe autocoatingoplossing voorgesteld die nanotechnologie en traditionele pigmenten combineert, waardoor naar verwachting op massaproductiemodellen een ‘extreem zwart’ uiterlijk zal ontstaan ​​dat dicht bij een ‘zwart gat’ ligt. Deze nieuwe hybride coating combineert een geavanceerde verticaal uitgelijnde ultrazwarte coating van koolstofnanobuisjes (VACNT) met een conventioneel spuitproces voor carbonzwartpigment op waterbasis. Het verbetert de duurzaamheid en industriële spuitbaarheid van de coating aanzienlijk, terwijl het ultrahoge lichtabsorptievermogen behouden blijft. Het absorptiepercentage van de coating in de zichtbare lichtband bedraagt ​​maar liefst 99,90% en reflecteert nauwelijks licht, waardoor een sterk visueel onderdompelingseffect ontstaat.

Achter deze technologie schuilt de snel stijgende vraag naar zwarte autolak op de Chinese automarkt. In het verleden was wit ooit goed voor ongeveer tweederde van de Chinese markt voor nieuwe auto's, maar nu is zwart gestegen naar bijna een kwart. Er wordt verwacht dat er dit jaar ongeveer 7,5 miljoen nieuwe zwarte auto’s op de wegen in China zullen verschijnen, wat zelfs meer is dan de grote markten van Europa en Noord-Amerika samen. In de hoofden van consumenten is diepzwart een symbool geworden van status en luxe, en de voorkeuren van de markt verschuiven van 'elke kleur is goed, zolang het maar wit is' naar 'hoe donkerder, hoe beter'.

Al in 2019 gebruikte BMW een ‘superzwarte’ coating op nanoschaal op een X6-conceptauto, die destijds de ‘zwartste auto ter wereld’ werd genoemd. Het kernprincipe is om invallend licht in de poreuze structuur op te vangen door een "nanobos" te bouwen dat bestaat uit koolstofnanobuisjes op het oppervlak, waardoor een absorptie van 98% tot 99,9% van het licht over de ultraviolette, zichtbare en ver-infrarode banden wordt bereikt. Dit type coating heeft echter complexe processen, hoge kosten en kwetsbare mechanische eigenschappen. Het was moeilijk om te voldoen aan de eisen van in massa geproduceerde voertuigen op het gebied van spuiten, weerbestendigheid en slijtvastheid.

De focus van de hybride ultrazwarte coating die dit keer door het Chinese team is ontwikkeld, is het introduceren van traditionele roetpigmenten, terwijl het "lichtvangeffect" van de nanobuisarray behouden blijft of zelfs wordt versterkt. De onderzoekers lieten de roetpigmentdeeltjes spontaan langs de reeks koolstofnanobuisjes rangschikken om een ​​ruw oppervlak te vormen dat bestaat uit microscopisch kleine "pieken en dalen". Deze structuur kan invallend licht ook meerdere keren verstrooien en vasthouden, waardoor de totale absorptiesnelheid van de coating in het zichtbare lichtgebied meer dan 99% bedraagt. Vergeleken met de eerdere fragiele pure nanobuiscoatings verbetert dit hybride materiaal de mechanische sterkte en hechtingseigenschappen aanzienlijk, en komt het dichter in de buurt van de eisen van de auto-industrie voor massaproductiecoatings.

Liu Zhiwei, een chemisch onderzoeker van het kleurtechnologieteam van het belangrijkste R&D-centrum van de Nippon Paint Group in Shanghai, zei dat carrosseriekleur op de Chinese markt een van de belangrijkste verkoopargumenten is geworden. Diepzwarte autolak is lange tijd de iconische kleur van luxe auto's geweest en wordt algemeen gewaardeerd vanwege het elegante uiterlijk, de sterke visuele impact en het luxueuze temperament. Hij wees erop dat autofabrikanten actief op zoek zijn naar ultrazwarte coatingoplossingen die in massa kunnen worden geproduceerd en een extreme zwartheid hebben om hun merkimago in de hevige concurrentie te versterken.

Op het gebied van procesaanpassing is een van de hoogtepunten van deze nieuwe hybride coating dat deze via een traditionele autospuitproductielijn kan worden aangebracht zonder dat het bestaande coatingproces volledig hoeft te worden gereconstrueerd. In tests blootgesteld aan vocht en omgevingen met een hoge luchtvochtigheid ontdekte het onderzoeksteam dat de coating goed presteerde op het gebied van stabiliteit op de lange termijn en belangrijke tests doorstond, zoals vochtigheid, waterbestendigheid en hechting, wat een goed potentieel voor industriële toepassing aantoont. Het team uit Shanghai heeft de spuitshow op een modelauto voltooid. De carrosserie heeft een diepzwarte kleur die vrijwel niet-reflecterend is, en de gebogen oppervlaktedetails van de carrosserie zijn vrijwel onzichtbaar onder het licht.

Vanuit het perspectief van technische principes is de verticaal uitgelijnde coating van koolstofnanobuisjesarray (VACNT) zelf een van de "zwartste" materialen die de wetenschappelijke gemeenschap kent. De buisvormige structuur op nanoschaal staat loodrecht op het substraatoppervlak en vormt een extreem hoge porositeit en meerdere verstrooiingskanalen. Nadat het invallende licht het ‘nanobos’ binnenkomt, wordt het voortdurend verstrooid en geabsorbeerd, waardoor het uiterst moeilijk wordt om te ontsnappen, waardoor een extreem hoge lichtabsorptie wordt bereikt. Al in 2014 trok Vantablack, ontwikkeld door het Britse bedrijf Surrey NanoSystems, brede aandacht op basis van vergelijkbare principes en werd het toegepast op gebieden als kunst en het intern uitsterven van ruimtetelescopen.

Als het echter om veeleisende toepassingsscenario's zoals auto's gaat, is het vinden van een balans tussen de ultieme optische prestaties en mechanische en procesprestaties altijd het grootste probleem geweest bij de technische implementatie. De hybride carbon black-carbon nanotube (CB-CNT)-oplossing die dit keer door het Chinese team wordt voorgesteld, combineert de twee soorten koolstofmaterialen op microniveau. Het maakt niet alleen gebruik van het superlichtabsorberende vermogen van de nanobuisarray, maar vertrouwt ook op de volwassen procesroute en fysieke sterkte van het conventionele carbon black-systeem, wat de mogelijkheid biedt voor grootschalige massaproductie.

De onderzoekers zeiden ook dat van hen wordt verwacht dat ze in de toekomst Gradient Refractive Index Technology (GRIT) verder zullen introduceren in dit hybride systeem, dat wil zeggen dat ze een structuur zullen bouwen met een geleidelijk veranderende brekingsindex van boven naar beneden in de coating om de oppervlaktereflectie verder te verminderen en ervoor te zorgen dat licht "nergens kan ontsnappen" nadat het de coating is binnengegaan. Op het gebied van ultrazwarte materialen hebben enkele van de nieuwste prestaties het zogenaamde "vier negens" (99,99%) absorptieniveau benaderd, maar in dit extreme bereik is het nauwkeurig meten ervan een uitdaging op zich.

Relevante resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift "Matter & Light" en vrijgegeven via Cell Press en EurekAlert. Waarnemers uit de sector zijn van mening dat naarmate de vraag naar zwarte high-end modellen op de Chinese lokale markt blijft groeien, zodra dit soort ultrazwarte coating met massaproductie daadwerkelijk in OEM's wordt geïntroduceerd, dit naar verwachting nieuwe concurrentiefocus in meerdere dimensies zal brengen, zoals visueel ontwerp, merkherkenning en functionele matten. Of het echt de titel van 'de zwartste autocoating ter wereld' kan winnen, kan nog steeds moeilijk te bepalen zijn vóór de verdere ontwikkeling van de meettechnologie, maar er is duidelijk een technische en esthetische concurrentie rond 'extreem zwart' begonnen op de Chinese markt.