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美华裔科学家利用碳酸钙、硫酸钡研发出最白涂料,可反射98%阳光!

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  科学家研发出一种能反射98.1%阳光的极白涂料。这种涂料通过向外太空辐射热量为建筑物降温,帮助其保持凉爽,并有可能取代高能耗的空调。相关论文近日刊登于《ACS Applied Materials & Interfaces》(《美国化学会—应用材料与界面》)。

  在夏季和气候温暖的地区,大多数建筑依靠传统的空调系统将热量从室内传递到室外。这些系统需要消耗能源,并释放出多余的热量,把城市变成了“热岛”,加剧了气候危机。尽管自20世纪70年代以来,科学家一直在寻求开发辐射冷却涂料,但之前开发的涂料不能反射足够的阳光,也无法成为可行、可商业化的传统空调替代品。

  

  美国印第安纳州普渡大学机械工程学院华裔教授阮秀林(音译)和同事之前用碳酸钙颗粒开发了一种超反光涂料,可以反射95.5%的阳光。碳酸钙有大量带隙(价电子带和传导电子带底部之间的能差),因此有助于减少涂料吸收的紫外线量。研究人员还利用60%的高粒子浓度促进阳光散射以及宽粒子尺寸分布——而不是单粒子尺寸,实现高效的宽带散射。

  现在,阮秀林团队在颜料中添加了硫酸钡颗粒,可以反射98.1%的阳光。相比之下,目前市场上的商用“拒热涂料”只能反射80%~90%的太阳辐射,不能达到低于环境温度的效果。

  

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  论文插图

  研究人员表示,这种新的超白涂料吸收的太阳能量还不到以前涂料的一半。而且,这种新涂料吸收的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实际上比周围的环境温度要低。该团队计划用涂有颜色的管子进行输送水实验,并希望创造出一种无电制冷效果。

  研究显示,这种涂料的太阳反射效果非常好,甚至在隆冬也能发挥作用。在室外环境43华氏度的测试中,涂料仍然成功地将样品温度降低了18华氏度。

  研究人员还希望这种涂料能够降低全球碳排放,因为使用这种涂料的建筑物对空调的需要会减少。如果将这种涂料用于一个930平方米的屋顶,其冷却效果可能媲美需要10千瓦能源的设备。研究人员表示,这比标准的空调更强大。

  阮秀林说,这有一个积极的双重影响,因为涂料能将能量从我们的星球发送出去。“我们把热量发送到太空,而不是在地球上。”他说,“而传统空调会把热量留在地球表面——只是从你的房子里面转移到外面。”

  该研究小组计算出,如果有0.5%到1%的地球表面覆盖这种涂料,例如用它涂抹屋顶,总效应将可能逆转迄今为止的全球变暖情况。但是,涂料表面需要清洁,以保持其反射性。因此,该团队正在研究如何使其摆脱灰尘等微粒。

  阮秀林现在正在研究一种反射性更强的材料,但他表示,这种材料的回报可能会越来越少。“达到100%的反射率很难。即便如此,你获得的只是每平方米19瓦的制冷效益,所以实际上,考虑到成本,它可能不那么有吸引力。”

  

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