萬事萬物
超酷白塗料 對抗暖化新選擇

文/施奇廷(東海大學應用物理學系) 圖/古室友 (2021/5/3)

 雖然大家都知道節約能源很重要,減少用電可以減緩全球氣候變遷,可是夏天即將來到,在越來越熱的環境下,恐怕大家還是會把冷氣開好開滿吧!

 在大都市中,由於綠地少、建築密集,加上大量使用冷氣的結果,空調設備所排出的熱氣會造成「都市熱島效應」,讓大家覺得更熱,於是冷氣開更強,造成惡性循環……

超酷白
反射陽光避高溫

 一九九七年諾貝爾物理獎得主,曾任美國能源部長的華裔科學家朱棣文教授就曾經倡議,把馬路和屋頂漆成白色,讓房子不要吸收光,就可以降低室內溫度,節省能源。

 普通的白色油漆對陽光的反射率只約百分之八十,降溫效果有限。美國普渡大學機械工程系阮修林教授的研究團隊在今年四月發表了一種新塗料,可以反射高達百分之九十八點一的太陽光,而且不只可見光,就連帶來熱的紅外線也一併反射掉,將太陽帶來的光與熱排除在門外,就不會那麼熱了!

 實測結果,在大太陽底下,塗上這種「超酷白」塗料的區域,溫度會比旁邊沒塗的區域低攝氏四點四度;晚上時更驚人,可以透過輻射冷卻效應,達到攝氏十點五度的溫差!

 如果塗滿面積為一千平方英尺(大約二十八坪)的屋頂,散熱效率可以達到十千瓦,相當於一部可以用在十五坪左右大空間的三點六噸冷氣機!如果這種塗料能夠大量使用,應該可以節省很多空調能源。

硫酸鋇顆粒一樣大時,反射陽光能力差強人意。

奈米級硫酸鋇透過不同尺寸,幾乎能反射所有陽光。

奈米級
分工提高反射率

 阮教授從一百多種材料中逐漸篩選,最後選擇以硫酸鋇為主要成分。硫酸鋇本來就是白色油漆常見的成分,那這種新塗料有什麼不同呢?它使用的原理就是「奈米顆粒的大小會改變它的光學性質」。

 大家都知道固體的黃金呈現的是亮晶晶的金黃色,但是如果將黃金做成奈米顆粒的水溶液,卻可以呈現不同的顏色!在粒徑為四十、十五,以及三奈米時,奈米金粒子水溶液會分別呈現藍色、紅色及紫色。

 這就是「超酷白」塗料的祕密:成分中含有各種不同尺寸的硫酸鋇奈米顆粒,可以分工合作反射不同波長的電磁波,將太陽光的主要波長幾乎一網打盡,進而達到這麼高的反射率。

 研究人員表示,其實反射率還有向上的空間,不過會因為硫酸鋇濃度太高,會讓塗料容易龜裂、剝落。所以百分之九十八點一,是在目前可以做成實用塗料的濃度下,能達到的最高反射率。

梵塔黑
幾乎吸收所有光

 如果將房屋塗成這種「超酷白」色,到了冬天就麻煩了,位於亞熱帶的臺灣可能還好,不過在緯度比較高的國家就會變得太冷!

 沒關係,只要換成另一種「奈米碳管黑體」的塗料,這款材料又名「梵塔黑」(Vantablack,Vertical Aligned NanoTube Array,「垂直排列奈米管陣列」的縮寫),可以吸收百分之九十九點九六的可見光,並轉換成熱能,所以冬天時,可將吸收周遭的光線提供家裡熱能,同樣減少空調的能源消耗。所以,房子可能需要活動式的塗裝,夏天「超酷白」,冬天「梵塔黑」,讓城市在不同的季節呈現不同的風貌,也滿有趣的。

 另外還有個可能的問題是,當夏天整個城市都是「超酷白」的時候,大家在戶外可能都會覺得反射光太過刺眼了,所以這時候,大家都必須戴上太陽眼鏡,這樣一來,整個街景可能就充滿科幻電影中的未來感呢!

 科技的進步,時時刻刻在改變社會的樣貌,小讀者也可以發揮想像力,十年後、二十年後,我們身邊的街景會變成什麼樣子呢?