新材料：商用的白色材料最新反射冷却能力

　　材料显示黑或白，体现的是它们对可见光的吸收情况，吸收的可见光越多它就会看起来越黑，反射的越多则就会越白。

　　但是，材料吸收和反射太阳光线往往还有一个潜在功能，那就是越能吸收太阳光的材料，它在阳光照射下会越热，而反射的越多的往往意味着更凉快。

　　图片Vantablack©Surrey NanoSystems

　　目前世界上最黑的材料是Vantablack，这个材料能够吸收99.96%的可见光，所以几乎没什么光线能够反射回我们眼睛，看起来相当黑，同时它也很热，只是由于它的导热性非常好很难感受到更加温暖而已。

　　那么，你知道世界上最白的材料有多白，它又有多凉爽吗?

　　最新反射冷却涂料

　　相较于最黑的黑色，目前市面上的白色其实远无法达到过高的反射能力，因为材料吸收太阳光要比反射太阳光要容易得多。

　　Vantablack是已经投入商用的材料，而那些投入商用的白色材料，对太阳光的反射能力其实通常只能达到80%-90%之间。

　　2021年的时候，普渡大学的科研团队研发了一种新材料，它对阳光的反射能力最多能够达到98.1%，这个反射能力让它显得很白，被吉尼斯世界纪录评为世界上最白的材料。

　　这个材料就是对应Vantablack研发的，就像Vantablack被用于吸收热量一样，研究人员希望通过这种超反射白色作为涂料来达到冷却的效果。

　　这种通过反射冷却的材料被称为反射冷却涂料，目前市面上其实是有类似材料的，比如二氧化钛涂料，这种涂料也很白，涂上它有减缓升温的效果。

　　图片　二氧化钛

　　相对于二氧化钛涂料，新研发的反射冷却涂料还有一个功能，就是它能够对周围环境起到降温的效果，就像空调的效果一样。

　　而且实验室的数据显示，即便是在最热的地方，房子外面涂上它后，都能节省70%-80%的空调电费。

　　那么这个新材料到底是什么呢，为什么有降温的效果呢?

　　在继续了解新涂料之前，我们需要了解一个知识点，就是为什么材料被阳光照射后，它会升温。

　　很多人可能都知道这是太阳辐射的效果，辐射导致材料分子运动，最终表现出来就是变热。

　　由于黑色能够吸收更多的太阳辐射，所以它通常更容易被加热，而白色会反射掉一些辐射，所以它更不容易被加热。

　　　图：可见光在整个电磁波谱中的范围

　　但是很多人可能不知道的是，我们看起来白色的材料其实并不代表它就能通过反射光线来达到不升温的效果。

　　因为只要材料反射掉足够多的可见光，我们的眼睛看起来就会是白色的，而反射掉可见光不代表它不会吸收太阳辐射，可见光只是电磁波谱中很小的一部分而已。

　　其实，对于大部分材料而言，真正导致它们被加热的也不是可见光波长范围的电磁辐射，而是长波——红外线部分的波长才是导致材料变热的主要原因。

　　因为长波或红外线部分的电磁辐射与材料中的分子更容易产生良好的共振，从而使它们开始运动，进而变热。

　　这个世界上最白的材料其实是硫酸钡( BaSO4)，它是天然存在的矿物重晶石，人们很早就开始利用它作为颜料了，我们很多美白的化妆品里都有它。

　　但是这次研究发现，通过调节硫酸钡的大小和浓度，可以让它反射和散射掉不同波长范围的电磁辐射。

　　至于什么尺寸范围的硫酸钡颗粒最适合作为反射冷却涂料，报告中都没有提到过，估计是商业机密吧，因为这个涂料他们是希望投入商用的。

　　总之，通过浓度和大小的调节，他们得到了一个最佳效果——能够反射掉98.1%的太阳光(不仅仅是可见光)，只有大约1.9%的太阳辐射会被材料吸收。

　　最重要的是，这个材料还有散射红外线热量的能力，所以它有能力冷却到周围环境温度，这点是现在最常用的二氧化钛白色涂料，以及其它几乎所有白色涂料所没有这个效果。

　　该团队现在已经将新研发的材料——特定尺寸和浓度的硫酸钡用于油漆涂料，它们选择的油漆介子是丙烯酸，据信两者以6:4的比例调和效果最好(硫酸钡太少反射效果差，而太多油漆效果变差)，这种涂料可以用作可降温的反射冷却涂料。

　　该研究的作者通过计算得出，如果一个92.9平方米(1000平方英尺)的屋顶全部涂上这种涂料后可以产生 10 千瓦的冷却功率，这比大多数家庭使用的空调更强大。　　

　　而在现场测试中，该团队发现这种材料的喷漆表面始终比环境温度低至少4.5摄氏度，平均冷却功率为每平方米117瓦，不过在隆冬时节也会保持这种状态。

　　对于大部分人和大部分地区而言，只要将房屋的外土气换成这种涂料，夏天基本可以完全不用开空调了。

　　自20世纪70年代以来，科学家们就一直在寻找被动辐射冷却的方法，但到目前为止，硫酸钡的特定尺寸和浓度是最好的，最重要的是这种材料其实还比较便宜，毕竟天然存在。

　　但是，也有很多科学家对这项研究提出质疑，因为作为涂料它必须禁得住世界的考验，必须在足够长的时间内保证自己不被污垢污染，不然它将失去效果，很明显这个科学团队目前还没有给出相应的使用数据。

　　不管怎么样，现在减少空调的使用已经迫在眉睫，因为空调使用一直都在加速气候危机，而反射冷却涂料在对抗气候危机方面确实还不错，至少是个不错的方向，它非常节能。