最白的白有多白?科學家發現超白漆材料,將緩解全球變暖問題

2021-08-17 06:13
海外星云 2021年5期
關鍵詞:涂料攝氏度熱量

為了遏制全球變暖,普渡大學的學者們創造了迄今為止最白的涂料。研究人員在采訪中說,在建筑物上涂上這種涂料可能會使它們冷卻下來,從而減少對空調的需求。

該研究由美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》的封面論文。

該論文詳細介紹了超白漆將有助于節省能源、落實減碳。研究小組發明的這一涂料的白度達到了極限。涂料不僅更白,而且比研究人員先前證明的配方更能保持表面涼爽。

在一場野外測試中,超白漆在中午時分可以使表面降溫4.5攝氏度,相比之下,市場上銷售的白色涂料卻將表面溫度提高了6.8攝氏度。

阮修林表示,市場上銷售的白漆反射太陽光的效能約為80%~90%,這意味著剩下還有10%~20%的太陽光將被建筑物吸收。而且白漆的主要成分含二氧化鈦,它會吸收太陽的紫外線,因此就會輻射熱量,所以無法達到百分之百的散熱效果。

他所研發的超白漆,改進了目前市場上白漆產品的缺點,使用了硫酸鋇作為超白漆的主要成分,達到了不吸收紫外線及減少吸收陽光的效果。此外,在制作時把油漆顆粒濃度提高到六成,可實現更好的反射陽光的效果。

超白漆的涂料中含有高濃度硫酸鋇,這是實驗室和工業中經常使用的的化合物,比如用于制作相紙可提高白度及表面覆蓋率,過去也有人將硫酸鋇添加于涂料和油漆中以替代部分價格較高的原材料,而且能夠控制油漆成品的黏稠度、光澤、穩定性。

另外,硫酸鋇顆粒在涂料中的大小都不同。每個粒子散射光的程度取決于其大小,因此不同粒子的大小可以讓涂料散射掉光譜中更多波段的光,從而獲得高反射率。

阮修林依據實驗數據預測,如果地球上有1%的面積涂上超白漆的話,則極有可能停止全球變暖的進程。

在住宅和商業應用中,冷卻是能源消耗的一個重要部分。被動輻射冷卻可以通過大氣的透明光譜窗口直接散發熱量,從而在不消耗任何能源的情況下冷卻表面。

如果通過天空窗口的表面熱輻射超過其對陽光的吸收,那么在陽光直射下,表面可以冷卻到環境溫度以下。與傳統的空調相比,被動式輻射制冷不僅省電,而且由于熱量直接流失到深空,因此它還能對抗全球變暖。

阮修林稱,如果用這種涂料覆蓋大約1000平方英尺的屋頂,估計可以得到10千瓦的冷卻功率,這比大多數房子使用的中央空調更強大。

通過實驗該團隊證明了在白天用超白漆進行完全的輻射冷卻的可行性,研究中獲得了97.6%的高反射率。現場測試表明,超白漆材料的溫度要比環境溫度低4.5攝氏度,平均冷卻功率117W/㎡。

在現場測試中,超白涂料在使用過程中產生了同商業涂料一樣高的冷卻能力。

據悉,這種白色涂料是為期6年的研究結果。研究人員認為,這種白色可能是最黑的黑色“Vantablack”最接近的等效物,后者能吸收99.9%的可見光。

新的白色涂料配方能反射高達98.1%的陽光,而該團隊此前的超白色涂料反射的陽光只有95.5%,同時還能將紅外線熱量從表面散發出去。

研究人員表示,超白漆的材料硫酸鋇比二氧化鈦還要便宜一點,因此最終的成本與傳統白色涂料不相上下。等再進一步測試后,有望在兩年之內就會投入商業用途。

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