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紅外攝像機(jī)展示了涂料樣品是如何使溫度低于環(huán)境溫度的。圖片來源：普渡大學(xué)

本報訊?科學(xué)家研發(fā)出一種能反射98.1%陽光的極白涂料。這種涂料通過向外太空輻射熱量為建筑物降溫，幫助其保持涼爽，并有可能取代高能耗的空調(diào)。相關(guān)論文近日刊登于《美國化學(xué)會—應(yīng)用材料與界面》。

在夏季和氣候溫暖的地區(qū)，大多數(shù)建筑依靠傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)將熱量從室內(nèi)傳遞到室外。這些系統(tǒng)需要消耗能源，并釋放出多余的熱量，把城市變成了“熱島”，加劇了氣候危機(jī)。盡管自20世紀(jì)70年代以來，科學(xué)家一直在尋求開發(fā)輻射冷卻涂料，但之前開發(fā)的涂料不能反射足夠的陽光，也無法成為可行、可商業(yè)化的傳統(tǒng)空調(diào)替代品。

美國印第安納州普渡大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授阮秀林（音譯）和同事之前用碳酸鈣顆粒開發(fā)了一種超反光涂料，可以反射95.5%的陽光。碳酸鈣有大量帶隙（價電子帶和傳導(dǎo)電子帶底部之間的能差），因此有助于減少涂料吸收的紫外線量。研究人員還利用60%的高粒子濃度促進(jìn)陽光散射以及寬粒子尺寸分布——而不是單粒子尺寸，實(shí)現(xiàn)高效的寬帶散射。

現(xiàn)在，阮秀林團(tuán)隊(duì)在顏料中添加了硫酸鋇顆粒，可以反射98.1%的陽光。相比之下，目前市場上的商用“拒熱涂料”只能反射80%~90%的太陽輻射，不能達(dá)到低于環(huán)境溫度的效果。

研究人員表示，這種新的超白涂料吸收的太陽能量還不到以前涂料的一半。而且，這種新涂料吸收的陽光比它通過大氣層輻射到外太空的能量要少，所以使用這種涂料的物品實(shí)際上比周圍的環(huán)境溫度要低。該團(tuán)隊(duì)計劃用涂有顏色的管子進(jìn)行輸送水實(shí)驗(yàn)，并希望創(chuàng)造出一種無電制冷效果。

研究顯示，這種涂料的太陽反射效果非常好，甚至在隆冬也能發(fā)揮作用。在室外環(huán)境43華氏度的測試中，涂料仍然成功地將樣品溫度降低了18華氏度。

研究人員還希望這種涂料能夠降低全球碳排放，因?yàn)槭褂眠@種涂料的建筑物對空調(diào)的需要會減少。如果將這種涂料用于一個930平方米的屋頂，其冷卻效果可能媲美需要10千瓦能源的設(shè)備。研究人員表示，這比標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)更強(qiáng)大。

阮秀林說，這有一個積極的雙重影響，因?yàn)橥苛夏軐⒛芰繌奈覀兊男乔虬l(fā)送出去?！拔覀儼褵崃堪l(fā)送到太空，而不是在地球上?！彼f，“而傳統(tǒng)空調(diào)會把熱量留在地球表面——只是從你的房子里面轉(zhuǎn)移到外面?！?/p>

該研究小組計算出，如果有0.5%到1%的地球表面覆蓋這種涂料，例如用它涂抹屋頂，總效應(yīng)將可能逆轉(zhuǎn)迄今為止的全球變暖情況。但是，涂料表面需要清潔，以保持其反射性。因此，該團(tuán)隊(duì)正在研究如何使其擺脫灰塵等微粒。

阮秀林現(xiàn)在正在研究一種反射性更強(qiáng)的材料，但他表示，這種材料的回報可能會越來越少?！斑_(dá)到100%的反射率很難。即便如此，你獲得的只是每平方米19瓦的制冷效益，所以實(shí)際上，考慮到成本，它可能不那么有吸引力。”

（唐一塵）

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c02368