随着全球变暖的加剧，人们开始关注碳减排、碳中和。

通常，人们利用空调制冷，但其实这种降温方式是把室内的热量 " 转移 " 到室外，在这个热量 " 搬运 " 的过程中，不仅排放了大量二氧化碳，还消耗了许多电能。

图丨 ACS Applied Materials & Interfaces 当期封面（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

在寻找遏制全球气候变暖的方法上，科学家从未停止他们的步伐。美国普渡大学机械工程系阮修林教授团队研发了一种可以辐射制冷的硫酸钡超白漆，这种油漆不仅能反射 98.1% 的太阳辐射，还成为吉尼斯世界纪录中 " 最白 " 的油漆 [ 1 ] ，并且申请了多项国际专利。

图丨相关论文（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

4 月 15 日，相关论文以《用于全天低温辐射致冷的超白硫酸钡涂料和薄膜》（Ultrawhite BaSO4 Paints and Films for Remarkable Daytime Subambient Radiative Cooling）为题发表在 ACS Applied Materials & Interfaces，并登上了该期刊的当期封面。

此前，阮修林在接受媒体采访时曾表示："如果用超白漆覆盖大约 1000 平方英尺的屋顶，估计可以得到 10 千瓦的冷却功率，这比大多数房子使用的中央空调更强大。"

无源辐射制冷，反射率达 98.1%，最高可降温 11 ℃

超白漆通过辐射制冷的机理，一方面减少太阳光的吸收，另一方面增加红外的辐射。根据天气、风速、建筑情况的不同，研究人员测试出 4.5 ℃ -11 ℃ 的降温。

"我们通过辐射制冷，使建筑表面涂上超白漆后可以比室温更低，相当于免费的空调。这对城市的热岛效应、全球气候变暖具有重要重要的意义。" 该论文第一作者李翔宇说。

图丨阮修林教授展示超白漆样本（来源：李翔宇）

这种超白漆不需要任何电能，就可以将红外光谱通过大气直接 " 传输 " 到宇宙。也就是说，它不和大气、地球有任何 " 能量交换 "，就把热能直接散射到外太空，减少了 " 碳排放 " 和对电能的需求。

目前，市场上的油漆主要成分是二氧化钛，其反射率在 90% 左右，而阮修林团队将太阳光反射率提升至目前最高的 98.1%，并且可以全天辐射制冷。

从实际吸收率来看，普通油漆吸收 10% 的太阳光，而超白漆只吸收 2% 的太阳光，相当于只吸收原来 1/5 的热量。

研究人员对吸收光谱进行了深入的研究发现，二氧化钛对整个紫外光都是吸收的，因此会吸收热量。也就是说，普通油漆的效果从某种程度上来说是 " 制热 "。

图丨超白漆的辐射能量转移、发射率表征结果和太阳反射率的模拟（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

李翔宇表示，" 从材料选择上，团队会选择电子能带隙较高的材料。这样的材料本身不会吸收紫外光，减少对太阳光的吸收。"

随后，研究人员发现，碳酸钙、硫酸钡等材料虽然不吸收紫外光，但是其折射率较低。" 相比较于氧化钛，如果加入硫酸钡或碳酸钙，由于它们折射率较低，在油漆里加入同样的颗粒，会一种半透明的效果。"

李翔宇进一步解释道：" 我们做的创新就是加入很多硫酸钡颗粒，并将油漆颗粒浓度提高 60%，让它尽量不透光，以达到尽可能高的反射率。"

图丨李翔宇（来源：李翔宇）

但是新的问题随之而来，该团队发现，颗粒加得越多，油漆的可靠性会越差、厚度也会随之增加。在以往的研究中，通过仿真或者做实验选择最优解，通常只用一种尺寸的颗粒反射太阳光。

但实际上，太阳光是很宽的光谱，从 250 纳米到 3 微米左右都存在，当颗粒较小的时候，一定尺寸的颗粒对特定光谱更加有效。

李翔宇认为，" 如果采用不同的尺寸的颗粒，虽然其每部分并不能取得最好的反射率。但是，从整体的太阳光谱来看，用这种方法可以让涂料散射光谱中更多波段的光，从而有效地反射更多太阳光。"

图丨红外相机下显示的超白漆样品（中间的深紫色方块）（来源：普渡大学）

从应用的角度，油漆涂料对于厚度有较苛刻的要求，该团队通过使用不同的尺寸的颗粒，解决了更好地反射太阳光方面的问题。

从外观来看，超白漆和普通油漆非常相近，其与普通涂料的不同之处在于，超白漆对太阳光的反射率更高。从性能上看，超白漆在太阳光下可以保持比室温更低的温度，而普通涂料会变热。

该团队曾做过一个比较有趣的实验，在普通的白色油漆上，用另一款碳酸钙油漆涂上 "P" 的图案。肉眼看不易分辨，但在太阳光下，用远红外红外照相机可以看出来它们温度的不同。

此外，该团队还对超白漆做了稳定性测试。一方面是防磨损的测试，与现在市场上的白色油漆进行对比。初期测试数据显示，超白漆在防磨损方面与普通油漆相近。

研究人员还将超白漆放在室外大概 3 周，即便经历了下雨、下雪、太阳直晒等，整体来看，未发现超白漆在性能方面有所降低。

视频丨使用油漆刷涂超白油漆，变干的过程和防水性能展示（来源：李翔宇）

另一方面是关于超白漆的粘度测试。由于油漆最简单使用途径是通过喷漆或刷漆，该团队用普通油漆刷，将超白漆涂在材料上，然后研究人员用水冲超白漆，并未发现油漆被冲掉的现象。

那么，超白漆是否有光污染的问题呢？" 超白漆虽然很白、反射得很多，但是它和普通的白油漆相同，属于漫反射。它外观看来和普通白油漆很相近，所以，不会出现光污染的问题。" 李翔宇说。

成本与普通油漆相近，有望应用于汽车、电子仪器、食物存储等领域

超白漆的主要成分是硫酸钡，这种材料现在已经在化妆品、CT、备餐等多领域使用，因此材料性能较稳定，对环境和人体危害很小。成本方面，目前每年有大量硫酸钡被开采，其价格也较低，因此适合被广泛应用。