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        应对全球温室效应,“最白的白”的反射涂料来帮忙

        来源:  ·  时间:2021-09-01 16:18:14  ·  797 浏览

        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——地球。

        全球变暖

        为应对全球温室效应,科学家提出“白色屋顶”建议?!鞍咨荻ァ?,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。

        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

        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


        2
        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。

        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

        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。


        3
        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

        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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