阮修林教授舉著(zhù)他們實(shí)驗室有記錄以來(lái)最白的涂料粉刷樣品。（圖片來(lái)源：普渡大學(xué)/阮修林）
世界上最白的白有多白？最近，來(lái)自美國普渡大學(xué)的阮修林帶領(lǐng)團隊創(chuàng )造出了人類(lèi)史上最白的白涂料，這種超白涂料能夠反射高達98.1%的可見(jiàn)光，因為反射能力太強了，甚至還能將紅外線(xiàn)熱量從粉刷表面散發(fā)出去，擁有極優(yōu)的輻射制冷性能。
白色是一種包含光譜中所有色光的顏色，是我們日常生活中接觸到的明度最高的顏色，更是一種特別的顏色。它無(wú)法用其他顏色調和得到，是美術(shù)生顏料盒中最貴最?lèi)?ài)惜的存在，也是汽車(chē)噴漆、工業(yè)涂料中比較貴的一種。
抬高白色“身價(jià)”的原因有很多，以工業(yè)界常用的白色涂料為例，相較于其他涂料，其顏色受雜質(zhì)的影響更為明顯，因此其純化工藝會(huì )比較復雜。同時(shí)，白色涂料很容易受到氧化而變黃，選用怎樣的材料，如何穩定其基體，這些也都是工藝上的難點(diǎn)。
總而言之，越白的涂料越難造。但科學(xué)家們從未停止過(guò)對于極致的追求，就像人類(lèi)已經(jīng)制造出了最黑的黑“Vanta Black”，能吸收99.9%的可見(jiàn)光。與之相對，有一個(gè)男人也一門(mén)心思追求著(zhù)極致的白，經(jīng)過(guò)他和團隊六年多的努力，最近他終于做到了。他是來(lái)自美國普渡大學(xué)的阮修林教授，近期他帶領(lǐng)團隊創(chuàng )造出了人類(lèi)史上最白的白涂料，這種超白涂料能夠反射高達98.1%的可見(jiàn)光，同時(shí)還能將紅外線(xiàn)熱量從粉刷表面散發(fā)出去，擁有極優(yōu)的輻射制冷性能。
紅外相機（右圖）顯示了白色粉刷樣本（中間的深紫色正方形）將電路板冷卻到低于環(huán)境溫度。（圖片來(lái)源：普渡大學(xué) 阮修林）
阮修林自2008年加入普渡大學(xué)以來(lái)，一直致力于能源與熱物理工程方面的研究，在近期發(fā)表了超白涂料的研究成果后，他接受了多家媒體的采訪(fǎng)，并談到如果將這種涂料覆蓋到大約1000平方英寸的屋頂上，那么房屋內部可以得到10千瓦的冷卻功率，甚至比大多數開(kāi)了中央空調的房屋更涼快。
要知道，在此之前，要實(shí)現高效的被動(dòng)式（輻射）制冷是十分困難的。目前相對先進(jìn)的一大解決方案是采用復雜的多層結構或反射金屬層，然而這限制了它們在許多領(lǐng)域的應用。另一種則是通過(guò)涂料來(lái)實(shí)現被動(dòng)制冷，但現在使用的大部分的白色涂料反射率其實(shí)還停留在80%-90%的區間，低反射率使得其很難保持表面的涼爽。這就要求粉刷一層十分厚的涂料，不僅浪費還極容易板結，而且其適用范圍較窄，僅能在某些特定天氣條件下發(fā)揮作用。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，早在去年十月，該研究小組就發(fā)明了一種碳酸鈣基的白色涂料，其反射率達到了95.5%。而現在，他們發(fā)明的這種新型基于硫酸鋇的納米復合超白涂料無(wú)疑是更大程度地推動(dòng)了被動(dòng)式制冷技術(shù)的發(fā)展。相關(guān)論文于最近作為封面文章發(fā)表在了《美國化學(xué)學(xué)會(huì )·應用材料與界面》期刊上。
"美白"秘籍
這種超白涂料有兩個(gè)變白“秘籍”，一是涂料基體中摻入的高濃度的硫酸鋇。這種化合物具有高電子帶隙，較低的陽(yáng)光吸收率和高反射率，常作為改變稠度的填充劑，添加在一些白色涂料之中，也可以作為增白劑，添加到相紙、化妝品之中。
研究人員對市面上大量的白色物品進(jìn)行了測試，他們發(fā)現添加硫酸鋇確實(shí)能夠很大程度地增加物體的反射率，也就是會(huì )讓其看起來(lái)更白；第二則是涂料內部的硫酸鋇粒子大小不同，其具有較大的粒徑波動(dòng)范圍。每個(gè)粒子散射光的程度會(huì )隨其粒徑大小發(fā)生波動(dòng)，因此涂料內部粒子越大的粒徑范圍分布能夠允許涂料散射范圍更大的可見(jiàn)光。
高濃度和不同粒徑大小這兩大“秘籍”的疊加效果就使得這種新型涂料獲得了極高的反射率。當然，硫酸鋇的濃度也不能過(guò)高，雖然高濃度有助于使涂料變得更白，但是過(guò)高的濃度也會(huì )使得涂料干后更容易破裂或剝落，極大地影響使用體驗。
代替空調
眾所周知，白色光是一種復色光，而一個(gè)不透明物體會(huì )吸收不同色光，反射相同色光，所以白色物體擁有較高的反射率。而當使用白色涂料粉刷到了房頂，它能夠很大程度地反射太陽(yáng)的輻射熱量，有效地降低輻射傳熱和對流傳熱。
根據2010年《地球物理研究快報》的一項研究，如果將城市的房屋屋頂都用理想白色涂料粉刷，經(jīng)計算機模擬發(fā)現，這可以減輕33%的熱島效應，將城市的整體溫度降低0.4℃，并顯著(zhù)降低室內溫度，從而降低空調的使用率，起到節能減排的目的。
體積濃度為60%的硫酸鋇-丙烯酸復合涂料微觀(guān)結構。（圖片來(lái)源：普渡大學(xué)/阮修林）
普渡大學(xué)研制的這種涂料的反射率遠高于普通商用涂料，這也就意味著(zhù)它的降溫效果更加優(yōu)良。研究人員利用一種熱電偶高精度溫度檢測設備，在室外對涂料的降溫性能進(jìn)行了測試。演示實(shí)驗中，這種涂料能夠適用于多種環(huán)境，在夜間能夠讓粉刷后的表面比周?chē)h(huán)境溫度低11℃，而在中午的強烈陽(yáng)光下，它同樣可以將表面冷卻到比周?chē)h(huán)境低5℃。在進(jìn)一步實(shí)驗中，研究人員發(fā)現即使是在冬天的寒冷環(huán)境中（測試溫度約為6℃），它仍能將樣品表面降低10℃，這證明了該涂料極為優(yōu)秀的反射降溫性能。
圖片來(lái)源：普渡大學(xué)
事實(shí)上，這一新型超白涂料最初是來(lái)自于研究團隊的一個(gè)奇思妙想，他們原本想用超白涂料取代傳統空調進(jìn)行房屋降溫。之后，他們在上世紀70年代開(kāi)發(fā)的輻射冷卻涂料的基礎上進(jìn)行了諸多改進(jìn)，前后進(jìn)行了六年多的配比研究與試驗。對于涂料的基體材料選擇，最初他們考慮了超過(guò)100種不同的材料，經(jīng)過(guò)大量的試驗，逐漸將范圍縮小到10種。之后，他們對這10組材料，每種進(jìn)行了50個(gè)不同配方的交叉試驗。
去年十月，他們終于得到了一種性能優(yōu)秀的碳酸鈣基白色涂料，但碳酸鈣在酸雨等極端天氣下可能會(huì )發(fā)生反應而導致涂料變質(zhì)，因此今年他們推出了硫酸鋇基涂料，并專(zhuān)門(mén)針對室外的復雜環(huán)境，進(jìn)行了涂料的穩定優(yōu)化，最終選用了體積濃度為60%的硫酸鋇-丙烯酸復合涂料配方。
阮修林表示，他們發(fā)明的這種新型涂料不管是反射率、降溫性能還是穩定性都優(yōu)于目前使用的其他商用白色涂料，同時(shí)其制造工藝也與普通商業(yè)涂料工藝相兼容，成本可控。因此，這種涂料未來(lái)在降低空間制冷成本、對抗城市孤島效應、緩解全球變暖等方面具有廣闊的應用前景。在BBC的采訪(fǎng)中，他還談到：“我們做了一個(gè)非常粗略的計算，只需要用這種涂料涂 1 %的地球表面（也許就是一些無(wú)人區的巖石），就可以一定程度起到對抗氣候變化的作用。”
不過(guò)，同樣也有研究人員對其結果持謹慎態(tài)度。根據《華盛頓郵報》的報道，美國勞倫士·伯克利國家實(shí)驗室的研究員龍內·萊文森（Ronnen Levinson）稱(chēng)，這種涂料其實(shí)與市面上的涂料相比只是有一些較小的改進(jìn)，而一種涂料真實(shí)的制冷作用通常是需要在室外放置幾年后，才能進(jìn)行系統評估的。這其中需要考慮更多的復雜因素，因此這種新型超白涂料的效力到底如何還需要交給時(shí)間來(lái)評定。
