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      換個“最白的白”涂料就能降溫?終于可以省下空調

      放大字體  縮小字體 發布日期:2021-08-21 03:02:39    作者:王恒    瀏覽次數:39
      導讀

      審核專家:苗光耀凝聚態物理博士溫室效應一直都是全世界都關注的環境問題,她時刻威脅著我們賴以生存的家園——地球。全球變暖 來源 | 360圖片為應對全球溫室效應,科學家提出“白色屋頂”建議。“白色屋頂”,就是

      審核專家:苗光耀

      凝聚態物理博士


      溫室效應一直都是全世界都關注的環境問題,她時刻威脅著我們賴以生存的家園——地球。

      全球變暖 來源 | 360圖片

      為應對全球溫室效應,科學家提出“白色屋頂”建議。“白色屋頂”,就是把可以反射太陽光的白色反射涂料涂到屋頂,以減少建筑物對太陽光的吸收能力,從而達到減輕溫室效應。有科學家推算,改變世界上100座城市的屋頂顏色,相當于減少440億噸碳排放。


      之后,許多科學家投身于白色反射涂料的研究。


      2021年4月,外國印第安納州普渡大學機械工程學院教授阮秀林帶領研究人員,研制出一款被稱為“最白的白”的反射涂料,這是一種超白涂料,能反射高達98.1%的太陽光。那超白涂料是什么,她有什么作用呢?


      要想了解超白涂料,我們先來了解一下反射涂料。


      什么是反射涂料?

      反射涂料,可以利用涂膜對光和熱的高反射作用,對照射到涂膜上的太陽輻射進行反射。

      來源 | 360圖片

      反射涂料是如何完成對太陽光的反射的呢?


      一般情況下,太陽光照射到物體表面,除去反射光線和透射光線,物體表面吸收的太陽光的能量轉化為物體內能,最終以熱輻射的形式傳遞給周圍的空氣。

      吸收能量 來源 | 360圖片

      太陽輻射能量95%集中在近紅外光和可見光范圍,反射涂料能對400nm-2500nm范圍內的可見光和近紅外光進行高反射,使物體表面吸收的太陽光能量減少,物體累積的熱量減少。所以,反射涂料導熱性差,有很好的隔熱效果

      太陽光輻射分布 來源 | 《淺談建筑用反射隔熱涂料 林麗智》上海中船九院工程咨詢有限公司


      超白涂料的反射機理

      有研究人員使用碳酸鈣顆粒研制成功一種超反光涂料,可以反射95.5%的太陽光。碳酸鈣顆粒有大量帶隙寬度(帶隙指材料導帶底部與價帶頂部之間的能量差),使得涂料其對太陽光的吸收效率大大減弱。但是這個效果并沒有達到研究人員的預想。


      經過無數次的實驗,研究人員最終利用高濃度的硫酸鋇研制成功一種超白涂料。

      來源 | 普渡大學/阮修林

      大小不一的硫酸鋇粒子有很好的太陽光散射能力,把硫酸鋇粒子添加到涂料中,能使涂料具有最廣泛的光譜散射能力,達到的反射效果非同尋常。


      實驗發現,添加硫酸鋇的涂料反射太陽光的反射率高達98.1%。在酷熱的夏天,這種特殊涂料能使物體表面溫度在夜間比周圍環境低19℉(約10.6℃)。中午最熱的時候,她甚至能讓物體表面溫度比周圍環境低8℉(約4.4℃)。


      即便在寒冷的冬天,氣溫在6℃左右的環境,該涂料仍舊發揮著降溫作用,能降低約7℃。


      該研究由外國普渡大學阮修林教授主導完成,其研發的超白漆的相關論文成為當期《應用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)的封面論文。

      阮秀林教授展示他的超白涂料樣本 來源 | 《應用材料與界面》

      雖然這種超白涂料對太陽光不能完全反射,會吸收一部分能量,但是她要比市面上的“拒熱涂料”對太陽光的吸收少50%


      而且,這種新涂料吸收的太陽光比她通過大氣層輻射到外太空的能量要少,所以使用這種涂料的物品要比周圍環境的溫度要低。

      在正午陽光照射下,超白涂料(標記為EL1和EL3)比位于右上角的傳統白涂料(標記為EL2)溫度低得多。

      如果能把這種超白涂料,廣泛應用于建筑物上,她的降溫隔熱效果還可以減少人們夏天對空調的依賴,進而有效降低全球二氧化碳的排放量。


      在不久的將來,我們的房子也可能會變成“白色屋頂”,減少對空調的依賴。

      外國一些房屋的屋頂刷成白色,可減少二氧化碳排放量。 來源 | 廣州日報


      意外的顏色——“最黑的黑”

      除了“最白的白”——超白涂料外,是否還有其他的顏色之最呢?其實,在發現“最白的白”涂料之前,科學家就已經發現了“最黑的黑”。

      最黑材料實驗,把黃鉆完全變黑 來源 | huan球網

      與超白涂料的反射作用不同,最黑材料Vantablack的特點是吸收高達99.995%的入射光。

      3D物體涂上了涂有Vantablack材料甚至能呈現出類似2D的效果,從正面看都看不清楚物體的輪廓......


      這種最黑材料,是由鑲嵌在僅1cm左右厚度的氧化鋁方塊中的碳納米管制成。材料內部結構能夠吸收一定范圍內幾乎所有的電磁輻射。這就意味著用她所制造出來的材料,有可能躲過雷達的探測。相比較而言,普通黑色材料或多或少都會有反射光線。


      最黑材料簡直是“幽靈”的化身,現如今,這種技術將被應用于制造反雷達隱形設備,如B-2“幽靈”轟炸機。


      看完“最白的白”和“最黑的黑”是不是對顏色產生了新的認知呢?除了這些,你還知道哪些“顏色之最”嗎?

       
      (文/王恒)
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