Ultra-Black-Lack absorbiert 99,9 Prozent Licht – Autos wirken wie schwarze Löcher

Schwarz ist nicht gleich schwarz. Ein neuer Ultra-Black-Lack schluckt mehr als 99,9 Prozent des sichtbaren Lichts – so viel, dass Rundungen, Kanten und selbst Teile der Karosserie beinahe verschwinden. Das Auto wirkt dadurch wie ein schwarzes Loch auf Rädern, und dieser Effekt könnte erstmals näher an die Serienproduktion rücken.

Entwickelt hat ihn ein Team um den Chemiker Zhiwei Liu vom Lackhersteller NIPSEA Group in Shanghai. Die Forscher berichten in Matter & Light über eine Mischung aus Rußpigmenten und Kohlenstoffnanoröhren. Der wasserbasierte Lack lässt sich aufsprühen und bestand erste Prüfungen für den Einsatz auf Fahrzeugen.

Ultra-Black-Lack schluckt Reflexionen fast vollständig

Gewöhnlicher schwarzer Autolack enthält meist fein verteilten Industrieruß. Das Material absorbiert bereits etwa 99,8 Prozent des auftreffenden Lichts. Eine noch tiefere Schwärze lässt sich mit mehr Ruß allein kaum erreichen. Die winzigen Pigmente verklumpen leicht und verlieren dadurch einen Teil ihrer Wirkung.

Das Team ergänzte den Ruß deshalb mit mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren. Sie sind nur 10 bis 30 Nanometer dick. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist mehrere Tausend Mal breiter. Beim Mahlen lagern sich die Rußteilchen entlang der Nanoröhren an. Unter dem Mikroskop erinnert die Anordnung an Punkte, die durch feine Linien verbunden sind.

Winzige Lichtfallen verdunkeln den Lack zusätzlich

In der getrockneten Beschichtung entstehen Erhebungen und Vertiefungen mit einer Breite von etwa zwei bis acht Mikrometern. Einfallendes Licht trifft dort mehrfach auf Ruß und Nanoröhren. Es wird gestreut, erneut reflektiert und schließlich größtenteils absorbiert.

Die durchschnittliche Reflexion lag im sichtbaren Wellenlängenbereich bei rund 0,08 Prozent. Bei einzelnen Messwinkeln sank sie bis auf etwa 0,05 Prozent. Damit nähert sich der Lack extrem dunklen Materialien wie Vantablack oder senkrecht angeordneten Kohlenstoffnanoröhren an. Diese erreichen Werte von etwa 0,04 bis 0,05 Prozent.

„Tiefschwarze Oberflächen gelten wegen ihres eleganten Erscheinungsbildes, ihrer starken optischen Wirkung und ihrer luxuriösen Anmutung seit Langem als Premiumwahl für Luxusautos“, sagt Liu. In China habe sich die Farbe eines Fahrzeugs zu einem wichtigen Verkaufsargument entwickelt.

Lack lässt sich mit üblicher Technik aufsprühen

Extrem schwarze Beschichtungen gab es bereits vor dem neuen Verfahren. BMW präsentierte 2019 ein Konzeptfahrzeug mit einer Hülle aus senkrecht angeordneten Kohlenstoffnanoröhren. Die Oberfläche schluckte fast alles Licht. Für eine normale Lackieranlage eignet sich ein solcher Aufbau jedoch kaum.

Die neue Mischung entstand in einer industriell gebräuchlichen Sandmühle. Das Team verarbeitete 140 Gramm Ruß, 60 Gramm Kohlenstoffnanoröhren, Wasser sowie Dispergier- und Entschäumungsmittel. Nach fünf Stunden entstand eine gleichmäßige schwarze Flüssigkeit. Anschließend mischten die Forscher sie mit einem Bindemittel und trugen sie mit einem Rotationszerstäuber auf Metallplatten und ein Automodell auf.

Der schwarze Basislack war etwa 20 Mikrometer dick. Darüber lag eine rund 40 Mikrometer starke Klarlackschicht. Solche mehrschichtigen Systeme gehören zum üblichen Aufbau moderner Autolackierungen. Der Klarlack sorgt unter anderem für Glanz und schützt die darunterliegende Farbe.

Feuchtigkeit löst die Beschichtung nicht ab

Für einen möglichen Einsatz in der Autoindustrie reicht eine spektakuläre Farbe allein nicht aus. Lack muss fest haften und Regen, Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen aushalten. Zwei beschichtete Metallplatten kamen deshalb in Belastungstests.

Eine Probe lagerte 14 Tage lang bei 40 Grad Celsius und 95 Prozent Luftfeuchtigkeit. Eine zweite lag zehn Tage in 40 Grad warmem Wasser. Danach ritzten die Forscher ein Gitter in die Oberfläche und klebten ein Prüfband darauf. Beim Abziehen lösten sich keine Lackstücke.

Auch die flüssige Pigmentmischung blieb stabil. Ein beschleunigter Zentrifugentest simulierte nach Angaben des Teams eine Lagerzeit von rund zwei Jahren bei Raumtemperatur. Der gemessene Instabilitätswert betrug 0,027. Ein niedriger Wert spricht für eine geringe Neigung der Partikel, sich abzusetzen.

Serienreife muss sich erst noch beweisen

Der Lack ist trotzdem noch nicht bereit für normale Serienfahrzeuge. Die Untersuchung umfasste keine vollständige Prüfung gegen Kratzer, Steinschlag, UV-Strahlung, Korrosion oder jahrelange Witterung. Auch Waschanlagen, Frost und Reparaturen nach Unfällen blieben unberücksichtigt.

Hinzu kommt ein Problem bei der Herstellung: Je höher der Anteil der Nanoröhren ausfällt, desto dickflüssiger wird die Mischung. Bereits ein vergleichsweise kleiner Zusatz ließ ihre Viskosität stark steigen. Eine noch dunklere Rezeptur wäre deshalb schwieriger zu mahlen, zu transportieren und gleichmäßig zu versprühen.

„Mit der schnellen Entwicklung der Dispergiertechnik und der Anlagen gibt es bei der praktischen Verarbeitung nanoröhrenhaltiger Materialien noch Raum für Verbesserungen“, sagt Liu. Künftige Versuche sollen die Verarbeitungsgrenzen und weitere Eigenschaften der Lackschicht prüfen.

Kurz zusammengefasst:

• Ein Ultra-Black-Lack schluckt mehr als 99,9 Prozent des sichtbaren Lichts und lässt Karosserien fast konturlos wirken.
• Ruß und Kohlenstoffnanoröhren bilden im Lack winzige Lichtfallen, die Reflexionen stark reduzieren.
• Erste Haftungs- und Feuchtigkeitstests verliefen erfolgreich, für Serienautos fehlen jedoch noch wichtige Langzeitprüfungen.

Übrigens: Während der Ultra-Black-Lack Autos wie schwarze Löcher wirken lässt, hat James-Webb ein echtes Exemplar aus dem jungen Universum vermessen – sechs Milliarden Sonnen schwer und fast unsichtbar. Warum der ruhende Koloss trotzdem auffiel und was er über das Ende der Sternentstehung verrät, mehr dazu in unserem Artikel.

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