史上最白的油漆来了！有了它夏天都不用开空调
2022-10-13 21:2:0
Author: 爱范儿(查看原文)
阅读量:7
收藏
在科学上，白的定义与反射率有关。一般来说，某个物体对可见光谱内所有波长的反射比例达到 80% 或更高，我们就认为这种物体是白色的。越白的物质可以反射越多的光，越不容易升温。科学常识以生活经验的形式代代相传，热带地区的人们常将房屋漆成白色，希腊圣托里尼岛的白色建筑也不仅仅是为了美观。2021 年，普渡大学研制出了一种含有硫酸钡颗粒的超白涂料，其反射率高达 98.1%，在同年 9 月被收录在 2022 年版的吉尼斯世界纪录，名正言顺地成为迄今为止最白的油漆。硫酸钡超白涂料. 图片来自：Purdue University当这种涂料用在屋顶、人行道，可让室外表面比环境温度低 4.5°C 以上，从而减少空调需求，缓解城市热岛效应，在冬天也能起效。参与研究的普渡大学机械工程教授阮秀林（Xiulin Ruan，音译），举了一个生活里的例子：如果你用它覆盖 1000 平方英尺（约 93 平方米）的屋顶面积，我们估计你可以获得高达 10 千瓦的冷却功率。这比大多数家庭使用的空调更强大。
硫酸钡超白涂料. 图片来自：Purdue University研究人员甚至表示，只需让地球表面的 0.5-1% 用上这种涂料，就可以扭转全球变暖的趋势。最近，同一批科学家开发了一种更薄、更轻的新配方，或者说世界上最白的涂料 2.0，作用也是降低表面温度。1.0 和 2.0 的厚度差别. 图片来自：Purdue University为什么要做到更轻、更薄？主要原因是 1.0 和 2.0 的使用场景不一样。在 1.0 出世时，为了达到足够的辐射冷却水平，涂料至少需要达到 0.4 毫米的厚度，这对建筑物屋顶等结构来说完全可以承受。但当目光投向尺寸和重量有精确要求的对象，比如汽车、火车和飞机，涂料需要更薄更轻，那么 2.0 就该出场了。2.0 是一种纳米多孔涂料，含有六方氮化硼（一种主要用于润滑剂的物质），仅需 0.15 毫米，反射率即可达到 97.9%，和 1.0 的 98.1% 几乎相同。六方氮化硼起到的是什么作用？团队成员、普渡大学机械工程博士生 Andrea Felicelli 解释道：六方氮化硼具有很高的折射率，这会导致强烈的阳光散射；它的颗粒也具有独特的形态，我们称之为纳米血小板，在反弹太阳辐射方面比之前的球形纳米颗粒更有效。
2.0 还在纳米尺度上具有高度多孔性，因为密度更小、厚度更薄，它比起 1.0 重量轻 80%。更轻巧的 2.0 将用在各种轻量级场景，当它喷涂在飞机、汽车或火车的外部，可使表面温度降低约 5.6°C。在酷暑之中，停机坪上的飞机不必开空调为内部降温，大量能源便可以节省下来。2.0 预计在两到三年内实现商业化，但还需要一系列测试和完善，比如尽量减少使用挥发性有机化合物（VOCs）。油漆、清漆等产品都包含有机溶剂，它们会在使用过程中释放 VOCs，甲醛就是最知名的 VOCs 之一，对健康和环境都有危害。阮秀林教授还设想了 2.0 在运输行业之外的无限可能，服装、鞋子，甚至手机等便携式电子产品都用得上：「它可以掺入油漆或纺织纤维中，刷、喷涂或在滚筒上使用。」不过，就算 2.0 真的商用，价格也绝不会便宜，因为氮化硼需要合成生产，所以它更适合对成本毫不在乎、但对重量和厚度「斤斤计较」的场景。最白涂料 1.0 和 2.0，反射率相差无几，并非互相代替，而是各有千秋。毕竟，打破最白涂料的记录不是科学家的目标，遏制全球变暖和节约能源才是。从 1970 年代开始，已经有不少科学家尝试开发辐射冷却涂料，用来替代传统空调，避免陷入越热越开、越开越热的全球变暖恶性循环。普渡大学团队开发 1.0 花了长达 6 年的时间，他们考虑了 100 多种不同的材料，最终将它们缩小到 10 种，又为每种材料测试了大约 50 种不同的配方。市场上销售的白漆，反射率约为 80% 到 90%，且常见原料二氧化钛会吸收紫外线并辐射热量，所以不能让建筑物表面低于环境温度。一方面，将高浓度硫酸钡作为主要成分，更好地反射阳光，且不吸收紫外线；另一方面，粒子散射光的程度取决于大小，将硫酸钡制成大小各异的颗粒后，涂料就能反射不同颜色和波长的光，达到最广泛的光谱散射效果。除了反射率接近 100%，纳米粒子还能在 0.008-0.013 毫米的特定红外波长反射太阳能量，热量通过红外窗口返回太空，不会被困在地球大气层中。最终，它发出的热量比吸收的热量多，从而对抗全球变暖。这种「被动辐射冷却」在不消耗任何能源的情况下冷却建筑表面，等于安了个不耗电的空调。从红外摄像机的图片可以看出，1.0 所在的区域为深紫色，和周围的颜色截然不同，说明它将电路板冷却至低于环境温度，这是商业散热涂料无法做到的事情。材料相对易得也是 1.0 的优势。硫酸钡比二氧化钛要便宜，最终的成本甚至可能与传统白色涂料不相上下。这项成果已经申请了专利，普渡大学正在和一家公司合作，扩大涂料规模并将其投放市场，有望在两年之内实现商业化。但 1.0 也远非完美。劳伦斯伯克利国家实验室的热岛效应专家 Ronnen Levinson 指出，紫外线在被反射后，很可能会与空气中的氮氧化物等物质反应，反而危害了空气质量。Fast Company 的一篇报道则提及，这种涂料近 60% 的原材料来自重晶石原矿，采矿意味着巨大的能源需求和碳足迹，与环保目的背道而驰，陷入正负相抵的两难之中。其实在 1.0 之前，普渡大学还推出过一个版本。2020 年 10 月，他们以碳酸钙为原料，开发出一款反射率 95.5% 的白色油漆。碳酸钙早已被 1.0 的硫酸钡取代；2.0 的六方氮化硼又扩展了 1.0 的使用场景。「最白的白」只是暂时的虚名，科技不断进步，或许还有 3.0、4.0 的出现。想要真正的环保满分答案，要先从 70 分、80 分做起。几年前，最黑的黑是 Vantablack，它吸收高达 99.965% 的可见光，由英国科技公司 Surrey NanoSystems 发明，2014 年发布时艳惊四座。Vanta 的全称为 vertically aligned nanotube arrays，意为垂直排列的纳米管阵列，每平方厘米涂层约有十亿个纳米管。它黑得如此出众，正是因为均匀分布的纳米管结构，光粒子进入就会被吸收，极少数被反射的也会撞到纳米管顶部。眼前两个完全相同的青铜雕像，当其中一个涂上 Vantablack，直接从三维变成二维。你凝视的不是黑色，而是深渊。在最白涂料 1.0 问世时，研究人员曾拿它对照 Vantablack。毕竟，一个黑得傲视群雄，一个白得独领风骚。当时还有一段和 Vantablack 相关的插曲：有人提醒研究人员小心 Anish Kapoor。Anish Kapoor 是一位英国艺术家，他在 2016 年拿下了 Vantablack 的独家艺术权，只有他能将其用于艺术目的，因此在艺术界臭名昭著。对此反应最激烈的是另一位英国艺术家辛普尔 Stuart Semple，他在一气之下研制出「最粉的粉」颜料，并在网站上挂出，任何人都可以购买，除了 Anish Kapoor。最近，一位日本网红想要挑战「世界上最黑的房间」，但又买不到 Vantablack，所以退而求其次买了吸光率 99.4% 的涂料「真黑色无双」（《真三国无双》：打钱）。他还把自己完全涂黑，无缝 cos 柯南里的黑衣人。但现在 Vantablack 也不是最黑的了。2019 年，麻省理工开发了一种吸收 99.995% 可见光的材料，最妙的是科学家们与艺术家 Diemut Strebe 合作，让它以一颗钻石的形式亮相。当最闪亮的「石头」遇上最吸光的材料，价值 200 万美元的天然黄色钻石完全隐入黑暗，所以被命名为「虚荣的救赎」（The Redemption of Vanity）。图片来自：the-redemption-of-vanity.comDiemut Strebe 和麻省理工还在钻石旁写道：「该项目也可以视作反对 Anish Kapoor 购买 Vantablack 独家艺术权的声明。我们使用了不同的碳纳米管成分，任何艺术家都可以使用。」艺术和美学之外，最黑的黑主要用于对反射光容忍度极低的表面，比如天文望远镜、微型卫星、恒星跟踪器、红外传感器，还被认为可以用于隐形飞机。Vantablack 的开发公司曾提议，在博物馆中将最白的白与最黑的黑一起展示，为了不违背和 Anish Kapoor 签订的独家艺术权，他们还强调「这不是艺术」，而是出于「教育目的」，展示给那些对光明和黑暗极端背后的科学感兴趣的人。「科学可以为艺术创造媒介，艺术也可以回馈科学。」从最白的白到最黑的黑，科学家的调色板，同样影响着人类的未来。
文章来源: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjgzMTAwODI0MA==&mid=2652188135&idx=1&sn=8a9f89f6318bfeb314aaf052630be2c4&chksm=9b63bb78ac14326e176fee2e678abad8954fd04a457d12aeb797bb4d517e059de015296395d4#rd
如有侵权请联系:admin#unsafe.sh