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【科學】科學家告訴你什麼才是真的白,你以為的白其實是. . .

讀完這篇文章,你可能會發現,自己對“白”這個顏色可能有什麼誤解。

我們都知道,白是一種顏色。但日常生活中,白似乎又有不同的顏色——純白、奶白、象牙白……如果問你什麼顏色是純白,你可能會隨手拿出一張A4紙,告訴我這就是純白。不過相信我,眼前的白不是白,科學家告訴你什麼才是真的白。

我們通常說的白光,指的是光學三原色(紅、綠、藍)疊加或者是所有可見光疊加後形成的顏色。而白色的物體,指的是可以反射所有光的物體。

和白色相對應的,就是黑色。一個物體呈現黑色,指的是它能夠吸收所有的光。

在這個世界上,沒有絕對的完美,即使是顏色也是一樣的。你看到的物品,比如紙,可能看起來的確非常白,但它不是絕對的白。它們反射光的能力,其實並不強。如果真的有那麼強,一張白紙看上去也會很耀眼的。

通常來說,某個物體對可見光譜內所有波長的反射比例都能夠達到80%或者更高,我們就認為這種物體是白色了。而普通書本用的紙張只能夠達到55%-75%的白度,這是防止白度太高刺激眼睛,而彩印銅版紙的白度也僅僅能夠達到80%-85%左右。

化學物質中,有一些大家可能比較耳熟的,都非常白。比如初中化學不可能錯過的物質——硫酸鋇,反射率就非常高。

不過,最近科學家們製造出了迄今為止最白的物質——一種超白的油漆。

實際上,早在去年的時候,這支研究團隊就已經研發出了當時世界上最白的塗料,其反射率達到了95。5%。而這一次,他們再接再厲,研發出了更白的油漆。

它可以將照射在自己身上的光線中98。1%的部分都反射出去

,比去年的紀錄又提升了一大截。

(圖片說明:阮修林拿著塗有最新塗料的樣本)

上圖為本次研究的通訊作者、來自普渡大學的華裔機械工程師阮修林拿著塗有史上最白油漆的樣本——請不要罵我,不是油漆不夠白,是你的手機不夠“白”。

白一點,再白一點

多年以來,很多工程師和材料學家們都在進行著這樣的嘗試,製造出擁有超強反射能力的白色塗料。在此之前,被廣泛應用的塗料主要是

二氧化鈦

,但他們對此並不滿意,二氧化鈦的反射率仍然達不到要求。另一方面,超強反射材料又的確有重要的應用前景,這也是阮修林等人的研究動力。

(圖片說明:二氧化鈦也是一種非常白的物質)

此前他們在研發這種材料的時候,用的都是

碳酸鈣顆粒

,將其懸浮在丙烯酸塗料介質中,就可以達到很可觀的反射率。

為了實現更大的突破,他們選擇了“大換血”,將碳酸鈣顆粒剔除,換上了更強大的化合物。為此,他們嘗試了許多的材料。正如麻省理工學院的機械工程師李翔宇(音譯)所說的那樣:“我們測試了各種各樣的產品,基本上只要是白的就試過。”最終,他們找到了一種他所謂的“真的,真的非常白”的物質,那就是我們剛剛提到的

硫酸鋇

迄今為止最白的塗料

目前,硫酸鋇本身就經常被用來做白色塗料,因為它的反射率確實很高,而且性質也比較穩定。不過,想要讓它更白,實現飛躍的話,除了提高精度,那就是給它配備“武器”,那就是丙烯酸介質。

即便是兩種強大的物質,想要達到足夠強大的合體效果,也需要不斷地磨合。

比例

(圖片說明:硫酸鋇)

首先,二者的比例要達到完美。雖然說硫酸鋇越多的確會帶來越高的反射率,但是太多了也會帶來新的問題,那就是塗料乾燥之後會變得非常脆,很容易被破壞。經過多次嘗試,研究人員發現,丙烯酸介質中60%濃度的硫酸鋇,可以達到最好的效果。

顆粒大小

硫酸鋇的顆粒大小也影響著反射效果,這也消耗了研究人員大量的時間,最終找到了最完美的顆粒尺寸,確保反射效果達到最好。

白,真白

就這樣,透過反覆地嘗試,他們終於獲得了這個反射率達到98。1%的超白塗料,打破了最新的紀錄。

怎麼證明它的白呢?很簡單,就是看它反射了多少光。這一點你聽起來覺得好像很難測試,其實有一個簡單的辦法。因為接受到強烈的光照時,物質是會吸收光能而升溫的。所以越白的物質就可以反射越多的光,越不容易升溫。

在測試過程中,研究團隊發現,

塗有這種塗料的物質,可以保持比周圍環境低至少4。5℃的溫度,其平均冷卻功率達到了每平方米117瓦。

這樣的冷卻能力,即使是在極寒的嚴冬,它也可以維持住。對於硫酸鋇製成的材料來說,這已經達到極限了。

(圖片說明:右側為紅外影象,可以看到塗有塗料的部分溫度確實非常低)

他們還把此前利用碳酸鈣製成的塗料拿來進行了對比,結果發現其表面溫度比周圍環境低1。7℃左右,儘管同樣很明顯,但和這一次的成果相比就略顯遜色了。碳酸鈣塗料的冷卻功率為每平方米37瓦,也只有本次研發塗料的1/3左右。

這麼白,有啥用?

你肯定有一個疑問:科學家難道是閒得沒事了?為啥要做這麼白的東西?好玩嗎?

不只是好玩,而且還好用,而且非常重要。研究團隊相信,這樣的塗料,將會讓整個世界變得更好。

隨著全球氣溫的不斷升高,夏季變得越來越炎熱,很多人不得不靠空調來消除酷暑帶來的煩惱。空調雖然能讓屋子裡降溫,但會產生更多的熱量釋放到地球環境中,導致全球氣溫進一步提升。研究人員相信,

如果我們在房屋上塗這種超白的材料,那麼整棟樓的溫度就會降低,大幅減少空調的使用量,還可以節省大量的電能,緩解全球變暖的程序。

阮修林指出:“根據我們的估算,如果你把這種材料塗在1000平方英尺(約合92。9平方米)的屋頂上,就會得到大約10千瓦的冷卻功率——這比大部分房屋所使用的中央空調還要給力。”

如果這樣的材料能夠得到推廣,那就可以大幅降低空調的使用率,讓我們擁有一個更加涼爽的夏天。控制全球變暖,任何努力都是有意義的,這將會挽救無數的地球生物。所以說,這些科學家們孜孜不倦地努力,確實是在研究白,而不是白研究。