En infraröd kamera visar hur ett prov av den vitaste vita färgen (den mörklila fyrkanten i mitten) faktiskt kyler brädan under omgivningstemperatur, något som inte ens kommersiella "värmeavvisande" färger gör. Kredit:Purdue University/Joseph Peoples
I ett försök att stävja den globala uppvärmningen, Purdue Universitys ingenjörer har skapat den vitaste färgen hittills. Att belägga byggnader med denna färg kan en dag kyla av dem tillräckligt för att minska behovet av luftkonditionering, säger forskarna.
I oktober, teamet skapade en ultravit färg som flyttade gränserna för hur vit färg kan vara. Nu har de överträffat det. Den nyare färgen är inte bara vitare utan kan också hålla ytorna svalare än formuleringen som forskarna tidigare visat.
"Om du skulle använda den här färgen för att täcka en takyta på cirka 1, 000 kvadratmeter, vi uppskattar att du skulle kunna få en kyleffekt på 10 kilowatt. Det är kraftfullare än de centrala luftkonditioneringsapparaterna som används av de flesta hus, sa Xiulin Ruan, en Purdue-professor i maskinteknik.
Forskarna tror att denna vita kan vara den närmaste motsvarigheten till den svartaste svarta, "Vantablack, " som absorberar upp till 99,9 % av det synliga ljuset. Den nya vitaste färgformuleringen reflekterar upp till 98,1 % av solljus – jämfört med 95,5 % solljus som reflekteras av forskarnas tidigare ultravita färg – och skickar infraröd värme bort från en yta på samma gång.
Typisk kommersiell vit färg blir varmare snarare än svalare. Färger på marknaden som är designade för att avvisa värme reflekterar endast 80%-90% av solljuset och kan inte göra ytor svalare än omgivningen.
Teamets forskningsrapport som visar hur färgen fungerar publiceras torsdagen (15 april) som omslag till tidskriften ACS tillämpade material och gränssnitt .
Vad gör den vitaste färgen så vit
Två funktioner ger färgen dess extrema vithet. Den ena är färgens mycket höga koncentration av en kemisk förening som kallas bariumsulfat som också används för att göra fotopapper och kosmetika vita.
"Vi tittade på olika kommersiella produkter, i princip allt som är vitt, sa Xiangyu Li, en postdoktor vid Massachusetts Institute of Technology som arbetade med detta projekt som Purdue Ph.D. student i Ruans labb. "Vi fann att med bariumsulfat, du kan teoretiskt göra saker på riktigt, riktigt reflekterande, vilket betyder att de verkligen är riktigt vit."
Den andra egenskapen är att bariumsulfatpartiklarna alla har olika storlekar i färgen. Hur mycket varje partikel sprider ljus beror på dess storlek, så ett bredare utbud av partikelstorlekar gör att färgen kan sprida mer av ljusspektrumet från solen.
Xiulin Ruan, en Purdue University professor i maskinteknik, håller upp sitt labbs prov av den vitaste färgen någonsin. Kredit:Purdue University/Jared Pike
"En hög koncentration av partiklar som också är olika stora ger färgen den bredaste spektrala spridningen, som bidrar till högsta reflektans, sade Joseph Peoples, en Purdue Ph.D. student i maskinteknik.
Det finns lite utrymme för att göra färgen vitare, men inte mycket utan att kompromissa med färgen.
"Även om en högre partikelkoncentration är bättre för att göra något vitt, du kan inte öka koncentrationen för mycket. Ju högre koncentration, desto lättare är det för färgen att gå sönder eller lossna, " sa Li.
Hur den vitaste färgen är också den coolaste
Färgens vithet gör också att färgen är den coolaste någonsin. Genom att använda högnoggrann temperaturavläsningsutrustning som kallas termoelement, forskarna visade utomhus att färgen kan hålla ytor 19 grader Fahrenheit svalare än deras omgivande omgivning på natten. Det kan också kyla ytor 8 grader Fahrenheit under sin omgivning under starkt solljus under middagstid.
Färgens solreflektans är så effektiv, det fungerade till och med mitt i vintern. Under ett utomhustest med en omgivningstemperatur på 43 grader Fahrenheit, färgen lyckades fortfarande sänka provets temperatur med 18 grader Fahrenheit.
Denna vita färg är resultatet av sex års forskning som bygger på försök som gick tillbaka till 1970-talet för att utveckla strålande kylfärg som ett genomförbart alternativ till traditionella luftkonditioneringsapparater.
Ruans labb hade övervägt över 100 olika material, minskade dem till 10 och testade cirka 50 olika formuleringar för varje material. Deras tidigare vitaste färg var en formulering gjord av kalciumkarbonat, en jordrik förening som vanligen finns i stenar och snäckskal.
Forskarna visade i sin studie att som kommersiell färg, deras bariumsulfatbaserade färg kan potentiellt klara utomhusförhållanden. Tekniken som forskarna använde för att skapa färgen är också kompatibel med den kommersiella färgtillverkningsprocessen.
Patentansökningar för denna färgformulering har lämnats in via Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization.
