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【比白更白】超白塗漆反射 98.1% 陽光 助建築物表面低 4.5°C 美團隊已申專利

2021/4/17 — 12:32

超白塗漆可反射更多陽光,塗於建築物上,有助對抗全球暖化,是近年很多物料科學家研究的領域。最新刊於 ACS Applied Materials & Interfaces 的研究指,已研發出一種可反射表面 98.1% 陽光的塗漆,令塗上該油漆的建築物,陽光直射下仍比周圍環境溫度低至少 4.5°C ,從而減少人類使用冷氣。

領導研究的普渡大學機械工程學院教授阮秀林 (Xiulin Ruan 譯音)指,如使用該塗漆覆蓋約 1,000 平方呎的屋頂,估計會有 10 千瓦 (kilowatts) 的冷卻功率,比大多數樓宇使用的中央冷氣更為強大。

同一團隊去年曾公佈指,研發出反射 95.5% 陽光的超白塗漆,是次公佈的則是原先技術塗漆的改良版本,此版本更接近對應的 Vantablack ,即人類已知可吸收高達 99.965% 可見光的最黑物料

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圖左是正常陽光下的情況,圖右為紅外線圖,顯示已被塗漆覆蓋的表面比周圍溫度更低。
圖:普渡大學

圖左是正常陽光下的情況,圖右為紅外線圖,顯示已被塗漆覆蓋的表面比周圍溫度更低。
圖:普渡大學

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自 1970 年代起,科學家一直在尋找輻射冷卻塗漆,代替傳統空調系統。然而,過去開發的塗漆始終無法滿足需求,只能反射 80–90% 的陽光,所用的成份則主要為二氧化鈦。

團隊則從單層顆粒基質塗漆 (single-layer particle-matrix paint) 入手,原先由丙烯酸顏料加入碳酸鈣而成,但在是次研究中為了提高陽光反射率,以天然礦物重晶石硫酸鋇 (barium sulfate, BaSO4) 代替碳酸鈣。

團隊解釋 BaSO4 反射更多陽光的原因,在於顆粒大小和濃度。一系列不同大小的 BaSO4 顆粒可使塗漆散射最多的陽光,理論上 BaSO4 越多,可以反射的光就越多,但實際上過多 BaSO4  會損害塗漆壽命,使其容易變乾變脆。團隊發現,最好的濃度是丙烯酸中有 60% 硫酸鋇。

在實際測試中,有塗漆表面在正午太陽處於最高點時一直能比環境溫度保持至少低 4.5°C ,從而實現每平方米 117 瓦的平均冷卻功率。相反,舊版本只能令已塗範圍至少比周圍物體表面低 1.7°C ,冷卻功率為每平方米 37 瓦。

由於材料的局限性,BaSO4 塗漆可能無法再改良獲得更高反射率,但足以令人類減少使用由化石燃料推動的冷氣系統。團隊已申請專利,希望短時間內可將塗漆推出市場應用。

來源:
Science Alert, World's Whitest Paint Reflects 98.1% of Light. It Could Help in The Climate Fight, 16 April 2021

報告:
Li, X.Y., Peoples, J., Yao, P.Y. & et al. (2021). Ultrawhite BaSO4 Paints and Films for Remarkable Daytime Subambient Radiative Cooling. ACS Appl. Mater. Interfaces published April 15, 2021. doi: 10.1021/acsami.1c02368

文/Alan Chiu

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