Une équipe de recherche scientifique chinoise a récemment proposé une nouvelle solution de revêtement automobile mélangeant nanotechnologie et pigments traditionnels, qui devrait donner un aspect « noir extrême » proche d'un « trou noir » sur les modèles produits en série. Ce nouveau revêtement hybride combine un revêtement ultra-noir avancé de nanotubes de carbone alignés verticalement (VACNT) avec un processus conventionnel de pulvérisation de pigment de noir de carbone à base d'eau. Il améliore considérablement la durabilité et la pulvérisabilité industrielle du revêtement tout en conservant des capacités d'absorption de la lumière ultra élevées. Le taux d'absorption du revêtement dans la bande de lumière visible atteint 99,90 % et il ne reflète pratiquement aucune lumière, créant un fort effet d'immersion visuelle.

Derrière cette technologie se cache la demande croissante de peinture automobile noire sur le marché automobile chinois. Dans le passé, le blanc représentait autrefois environ les deux tiers du marché chinois des voitures neuves, mais aujourd'hui, le noir représente près d'un quart. On s'attend à ce qu'environ 7,5 millions de nouvelles voitures noires circulent sur les routes de Chine cette année, soit encore plus que les principaux marchés d'Europe et d'Amérique du Nord réunis. Dans l'esprit des consommateurs, le noir profond est devenu un symbole de statut et de luxe, et les préférences du marché passent de « n'importe quelle couleur fera l'affaire, à condition qu'elle soit blanche » à « plus elle est foncée, mieux c'est ».

Dès 2019, BMW a utilisé un revêtement « super noir » à l'échelle nanométrique sur un concept-car X6, qui était alors qualifié de « voiture la plus noire du monde ». Son principe de base est de piéger la lumière incidente dans la structure poreuse en construisant une « nanoforêt » composée de nanotubes de carbone à la surface, permettant ainsi une absorption de 98 % à 99,9 % de la lumière dans les bandes ultraviolettes, visibles et infrarouges lointains. Cependant, ce type de revêtement présente des procédés complexes, des coûts élevés et des propriétés mécaniques fragiles. Il a été difficile de répondre aux exigences des véhicules produits en série en termes de pulvérisation, de résistance aux intempéries et à l’usure.

L'objectif du revêtement hybride ultra-noir développé cette fois par l'équipe chinoise est d'introduire des pigments de noir de carbone traditionnels tout en conservant, voire en améliorant l'effet « piège à lumière » du réseau de nanotubes. Les chercheurs ont fait en sorte que les particules de pigment de noir de carbone se disposent spontanément le long du réseau de nanotubes de carbone pour former une surface rugueuse composée de « pics et de vallées » microscopiques. Cette structure peut également diffuser et piéger la lumière incidente plusieurs fois, ce qui fait que le taux d'absorption total du revêtement dans la région de la lumière visible dépasse 99 %. Comparé aux précédents revêtements fragiles de nanotubes purs, ce matériau hybride améliore considérablement les propriétés de résistance mécanique et d'adhérence et se rapproche des exigences de l'industrie automobile en matière de revêtements produits en série.

Liu Zhiwei, chercheur en chimie au sein de l'équipe de technologie des couleurs du centre R&D principal du Nippon Paint Group à Shanghai, a déclaré que sur le marché chinois, la couleur de la carrosserie est devenue l'un des principaux arguments de vente. La peinture automobile noir profond est depuis longtemps la couleur emblématique des voitures de luxe et est largement appréciée pour son apparence élégante, son fort impact visuel et son tempérament luxueux. Il a souligné que les constructeurs automobiles recherchent activement des solutions de revêtement ultra-noires pouvant être produites en série et présentant une noirceur extrême pour renforcer leur image de marque dans une concurrence féroce.

En termes d'adaptation du processus, l'un des points forts de ce nouveau revêtement hybride est qu'il peut être appliqué via une ligne de production de pulvérisation automobile traditionnelle sans qu'il soit nécessaire de reconstruire complètement le processus de revêtement existant. Lors de tests exposés à l'humidité et à des environnements très humides, l'équipe de recherche a constaté que le revêtement fonctionnait bien en termes de stabilité à long terme et avait réussi des tests clés tels que l'humidité, la résistance à l'eau et l'adhérence, montrant un bon potentiel pour une application industrielle. L'équipe de Shanghai a terminé l'exposition de peinture au pistolet sur un modèle réduit de voiture. La carrosserie de la voiture présente un noir profond presque non réfléchissant, et les détails de la surface incurvée de la carrosserie sont presque invisibles sous la lumière.

Du point de vue des principes techniques, le revêtement du réseau de nanotubes de carbone alignés verticalement (VACNT) est lui-même l'un des matériaux les plus « noirs » connus de la communauté scientifique. Sa structure tubulaire à l'échelle nanométrique est perpendiculaire à la surface du substrat, formant une porosité extrêmement élevée et de multiples canaux de diffusion. Une fois que la lumière incidente pénètre dans la « nanoforêt », elle est continuellement diffusée et absorbée, ce qui rend sa fuite extrêmement difficile, permettant ainsi une absorption lumineuse extrêmement élevée. Dès 2014, Vantablack, développé par la société britannique Surrey NanoSystems, a attiré une large attention sur la base de principes similaires et a été appliqué dans des domaines tels que l'art et l'extinction interne des télescopes spatiaux.

Cependant, lorsqu'il s'agit de scénarios d'application exigeants tels que l'automobile, la manière d'équilibrer les performances optiques ultimes avec les performances mécaniques et de processus a toujours été le plus gros problème de mise en œuvre technique. La solution hybride noir de carbone-nanotube de carbone (CB-CNT) proposée par l’équipe chinoise met cette fois en synergie les deux types de matériaux carbonés au niveau micro. Il tire non seulement parti de la capacité d'absorption de la lumière du réseau de nanotubes, mais s'appuie également sur le processus de fabrication mature et la résistance physique du système conventionnel de noir de carbone, offrant ainsi la possibilité d'une production de masse à grande échelle.

Les chercheurs ont également déclaré qu'à l'avenir, ils devraient introduire davantage la technologie d'indice de réfraction dégradé (GRIT) dans ce système hybride, c'est-à-dire construire une structure avec un indice de réfraction changeant progressivement de haut en bas à l'intérieur du revêtement pour réduire davantage la réflexion de la surface et permettre à la lumière de « nulle part où s'échapper » après avoir pénétré dans le revêtement. Dans le domaine des matériaux ultra-noirs, certaines des dernières réalisations se sont approchées du niveau d'absorption dit « quatre neuf » (99,99 %), mais dans cette plage extrême, comment le mesurer avec précision est un défi en soi.

Les résultats pertinents ont été publiés dans la revue académique « Matter & Light » et diffusés via Cell Press et EurekAlert. Les observateurs de l'industrie estiment qu'à mesure que la demande de modèles noirs haut de gamme sur le marché local chinois continue de croître, une fois que ce type de revêtement ultra-noir avec possibilité de production en série sera véritablement introduit chez les équipementiers, il devrait apporter une nouvelle orientation concurrentielle dans de multiples dimensions telles que la conception visuelle, la reconnaissance de la marque et les tapis fonctionnels. Il peut encore être difficile de déterminer s'il peut réellement remporter le titre de « revêtement automobile le plus noir au monde » avant le développement ultérieur de la technologie de mesure, mais une compétition technique et esthétique autour du « noir extrême » a évidemment commencé sur le marché chinois.