换个“最白的白”涂料就能降温？终于可以省下空调费了

审核专家：苗光耀

凝聚态物理博士

温室效应一直都是全世界都关注的环境问题，它时刻威胁着我们赖以生存的家园——地球。

全球变暖来源 | 360图片为应对全球温室效应，科学家提出“白色屋顶”建议。“白色屋顶”，就是把可以反射太阳光的白色反射涂料涂到屋顶，以减少建筑物对太阳光的吸收能力，从而达到减轻温室效应。有科学家推算，改变世界上100座城市的屋顶颜色，相当于减少440亿吨碳排放。
之后，许多科学家投身于白色反射涂料的研究。
2021年4月，美国印第安纳州普渡大学机械工程学院教授阮秀林带领研究人员，研制出一款被称为“最白的白”的反射涂料，这是一种超白涂料，能反射高达98.1%的太阳光。那超白涂料是什么，它有什么作用呢？
要想了解超白涂料，我们先来了解一下反射涂料。

1

什么是反射涂料？

反射涂料，可以利用涂膜对光和热的高反射作用，对照射到涂膜上的太阳辐射进行反射。

来源 | 360图片

反射涂料是如何完成对太阳光的反射的呢？

一般情况下，太阳光照射到物体表面，除去反射光线和透射光线，物体表面吸收的太阳光的能量转化为物体内能，最终以热辐射的形式传递给周围的空气。

吸收能量

来源 | 360图片

太阳辐射能量95%集中在近红外光和可见光范围，反射涂料能对400nm-2500nm范围内的可见光和近红外光进行高反射，使物体表面吸收的太阳光能量减少，物体累积的热量减少。所以，反射涂料导热性差，有很好的隔热效果。

太阳光辐射分布

来源 | 《浅谈建筑用反射隔热涂料 林丽智》上海中船九院工程咨询有限公司  

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超白涂料的反射机理

有研究人员使用碳酸钙颗粒研制成功一种超反光涂料，可以反射95.5%的太阳光。碳酸钙颗粒有大量带隙宽度（带隙指材料导带底部与价带顶部之间的能量差），使得涂料其对太阳光的吸收效率大大减弱。但是这个效果并没有达到研究人员的预想。
经过无数次的实验，研究人员最终利用高浓度的硫酸钡研制成功一种超白涂料。来源 | 普渡大学/阮修林大小不一的硫酸钡粒子有很好的太阳光散射能力，把硫酸钡粒子添加到涂料中，能使涂料具有最广泛的光谱散射能力，达到的反射效果非同寻常。
实验发现，添加硫酸钡的涂料反射太阳光的反射率高达98.1%。在酷热的夏天，这种特殊涂料能使物体表面温度在夜间比周围环境低19℉（约10.6℃）。中午最热的时候，它甚至能让物体表面温度比周围环境低8℉（约4.4℃）。
即便在寒冷的冬天，气温在6℃左右的环境，该涂料仍旧发挥着降温作用，能降低约7℃。
该研究由美国普渡大学阮修林教授主导完成，其研发的超白漆的相关论文成为当期《应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）的封面论文。阮秀林教授展示他的超白涂料样本来源 | 《应用材料与界面》虽然这种超白涂料对太阳光不能完全反射，会吸收一部分能量，但是它要比市面上的“拒热涂料”对太阳光的吸收少50%。
而且，这种新涂料吸收的太阳光比它通过大气层辐射到外太空的能量要少，所以使用这种涂料的物品要比周围环境的温度要低。在正午阳光照射下，超白涂料（标记为EL1和EL3）比位于右上角的传统白涂料（标记为EL2）温度低得多。 来源 |《应用材料与界面》
如果能把这种超白涂料，广泛应用于建筑物上，它的降温隔热效果还可以减少人们夏天对空调的依赖，进而有效降低全球二氧化碳的排放量。
在不久的将来，我们的房子也可能会变成“白色屋顶”，减少对空调的依赖。美国一些房屋的屋顶刷成白色，可减少二氧化碳排放量。来源 | 广州日报

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意外的颜色——“最黑的黑”

除了“最白的白”——超白涂料外，是否还有其他的颜色之最呢？其实，在发现“最白的白”涂料之前，科学家就已经发现了“最黑的黑”。最黑材料实验，把黄钻完全变黑来源 | 环球网与超白涂料的反射作用不同，最黑材料Vantablack的特点是吸收高达99.995%的入射光。3D物体涂上了涂有Vantablack材料甚至能呈现出类似2D的效果，从正面看都看不清楚物体的轮廓......
这种最黑材料，是由镶嵌在仅1cm左右厚度的氧化铝方块中的碳纳米管制成。材料内部结构能够吸收一定范围内几乎所有的电磁辐射。这就意味着用它所制造出来的材料，有可能躲过雷达的探测。相比较而言，普通黑色材料或多或少都会有反射光线。
最黑材料简直是“幽灵”的化身，现如今，这种技术将被应用于制造反雷达隐形设备，如B-2“幽灵”轰炸机。
看完“最白的白”和“最黑的黑”是不是对颜色产生了新的认知呢？除了这些，你还知道哪些“颜色之最”吗？

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