科学家们创造出一种超级白的颜料,刚好是纳米碳管黑体(Vantablack )的相反。
超白颜料
当现今的极黑材料能够吸收超过百分之99.96的太阳光时,这种新的超白涂料能够反射打中其的所有光子的百分之95.5。
目前,其他能够「抵抗热的颜料」只能够反射百分之80 到90的阳光,且无法让物体保持比起周围环境更低的温度。而以这种新式丙烯酸材料涂上的物体不会在直接的光线下加温,即使在太阳底下,仍然能够维持比周围的温度更为低温,因此可以作为一种新的控制建筑物内温度的高效节能方法。
解决全球暖化
创造出可以直接反射热到太空中而不需要任何能源输入的单层颜料将会是对于气候危机的巨大胜利,因为冷却通常是由化石燃料所驱动,且对于全球暖化有很大的整体影响。
在夏天时,许多现代建筑都依赖冷气单元来将内部的热向建筑物外头排放。这些被排放的热、以及为了达成冷却效果而在制造所需的大量能量时所产生的多余的热,将整个城市转成了所谓「热岛」,并更进一步的加剧全球暖化。
美国普渡大学(Purdue University)的机械工程教授阮秀林(Xiulin Ruan)提到:「研发一种能够提供方便、单层粒子基质的颜料型态且具有高可靠性的辐射冷却方法,来使温度低于周围环境,是我们持续不断的任务。这对于辐射冷却的广泛应用、以及减轻全球暖化效应而言都是很关键的。」
辐射冷却技术
辐射冷却是一种被动技术,将来自建筑物的热反射到太空之中,但是比起辐射加热,辐射冷却更难以达成。
自从1970 年代开始,科学家们就试着找出如何反射足够的太阳光,让被动冷却技术比起主动的冷气机更有冷却效果。最近,甚至有些科学家尝试将「反式太阳能板」(reverse solar panels)拼装在一起,能够捕捉一些向外释放的热并转换成能量,甚至在夜间也可以执行。然而,现在这些都只是概念而已,且仍然不清楚这样的设备是否真的能够如模拟般的运作。
因此,在居住用及商业用的建筑物中涂上超白颜料可能是一个更有用的方法,至少在最近的未来之中。
材料及试验结果
这种新丙烯酸颜料是由使用了高粒子浓度及宽粒子尺寸分布的碳酸钙填料所制成,因此可以有效率地散射太阳光光谱中的所有波长。而颜料的基质也有振动共振峰,确保大量的热可以透过比起其他冷却颜料更快的速率来向外反射。
在为期两天的,不同地点以及各种不同天气情况的现场测试中,研究人员测试了颜料的辐射冷却能力,并发现它可以散射约百分之95.5的太阳光,在夜间能够保持在周围温度的10℃ 以下,在中午则可以至少保持在周围温度的1.7℃ 以下。
比起涂上相同厚度的传统白色颜料的表面,在红外线镜头之下,覆盖上碳酸钙颜料的物体大致上维持较低的温度。而且,这种颜料可以大致相同的方式涂上物体并干燥、能抗磨损、防水、且能够在至少三周内承受室外的风化,而更长的试验正在进行中。
阮教授表示:「我们的颜料与商业颜料的制程是相容的,成本上是可相比、甚至是更低的。关键是要确保颜料的可靠性,如此一来就能够将其使用于长期的户外用途上。」
进一步的改善
研究的作者表示他们的颜料是「报导过的辐射冷却表现最好」的颜料,虽然他们也承认,在审查他们的结果时,另一组团队也发表了一篇论文,认为冷却用颜料应该要包含高浓度的宽能隙粒子。他们也建议要加入以碳氟化合物为单体的聚合物,可以表现出对风化的高抵抗力。
在该论文中提到:「许多传统的白色颜料在制造时强调耐久力,但是随着时间推移,太阳反射率会下降。像是含氟高分子黏合剂这样的材料可以提高反射率的寿命,因此能够降低年均成本。」
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