Die weißeste Farbe aller Zeiten! Damit müssen Sie im Sommer die Klimaanlage nicht einschalten

"Das Schwarze vor dir ist nicht schwarz, von was weiß redest du?"

Wie definieren wir Weiß?

Weiß ist die Farbe von Schnee, Mauern und Milch.

Gott sagte, es sollte Licht geben, und weißes Licht beinhaltet Licht in verschiedenen Farben.

In hexadezimalen Farbcodes bezieht sich #FFFFFF auf reines Weiß.

Weiß kann auch ein Gefühl darstellen, das Sie mitten im Sommer kühl hält.

Die weißeste Farbe der Welt, von Gebäuden bis zu Autos

Wissenschaftlich hängt die Definition von Weiß mit dem Reflexionsvermögen zusammen. Im Allgemeinen gilt ein Objekt als weiß, wenn es 80 % oder mehr aller Wellenlängen im sichtbaren Spektrum reflektiert.

Je weißer das Material ist, desto mehr Licht kann es reflektieren und desto unwahrscheinlicher wird es sich aufheizen. Wissenschaftlicher Menschenverstand wird in Form von Lebenserfahrung von Generation zu Generation weitergegeben, Menschen in den Tropen streichen ihre Häuser oft weiß, und die weißen Gebäude in Santorini, Griechenland, dienen nicht nur der Ästhetik.

Im Jahr 2021 entwickelte die Purdue University eine ultraweiße Farbe mit Bariumsulfatpartikeln mit einem Reflexionsvermögen von 98,1 %, die im September desselben Jahres in die Ausgabe 2022 des Guinness-Buchs der Rekorde aufgenommen wurde und zu Recht die bislang weißeste wurde. malen .

Bei Verwendung auf Dächern und Gehwegen kann die Beschichtung Außenflächen um mehr als 4,5 °C kühler halten als die Umgebung, wodurch der Bedarf an Klimaanlagen gesenkt und der städtische Wärmeinseleffekt gemildert wird, selbst im Winter .

Xiulin Ruan, Professor für Maschinenbau an der Purdue University, der an der Forschung beteiligt war, gab ein Beispiel aus dem Leben:

Wenn Sie damit 1.000 Quadratfuß Dachfläche abdecken, können Sie unserer Schätzung nach bis zu 10 Kilowatt Kühlleistung erhalten. Dies ist leistungsstärker als die Klimaanlagen, die die meisten Haushalte verwenden.

Die Forscher schlugen sogar vor, dass nur 0,5-1% der Erdoberfläche mit der Farbe bedeckt werden könnten, um den Trend der globalen Erwärmung umzukehren.

Kürzlich haben dieselben Wissenschaftler eine neue Formulierung entwickelt, die dünner und leichter ist, oder die weißeste Farbe der Welt 2.0, die auch die Oberflächentemperatur senkt.

Warum es leichter und dünner machen? Der Hauptgrund ist, dass die Nutzungsszenarien von 1.0 und 2.0 unterschiedlich sind.

Als 1.0 herauskam, musste die Beschichtung mindestens 0,4 mm dick sein, um eine ausreichende Strahlungskühlung zu erreichen, was für Strukturen wie Gebäudedächer durchaus akzeptabel war.

Aber wenn es um Objekte mit genauen Größen- und Gewichtsanforderungen geht, wie Autos, Züge und Flugzeuge, bei denen Beschichtungen dünner und leichter sein müssen, ist 2.0 die Zeit zum Spielen.

2.0 ist eine nanoporöse Beschichtung, die hexagonales Bornitrid (eine Substanz, die hauptsächlich in Schmiermitteln verwendet wird) enthält und nur 0,15 mm benötigt, um ein Reflexionsvermögen von 97,9 % zu erreichen, fast das Gleiche wie 1.0 mit 98,1 %.

Welche Rolle spielt hexagonales Bornitrid? Teammitglied Andrea Felicelli, Doktorandin im Maschinenbau an der Purdue University, erklärte:

Hexagonales Bornitrid hat einen hohen Brechungsindex, der zu einer starken Streuung des Sonnenlichts führt; seine Partikel haben auch eine einzigartige Morphologie, die wir Nanoplättchen nennen, die Sonnenstrahlung effizienter reflektieren als frühere kugelförmige Nanopartikel.

2.0 ist aufgrund seiner geringeren Dichte und geringeren Dicke auch im Nanobereich hochporös und 80 % leichter als 1.0.

Das Feuerzeug 2.0 wird in einer Vielzahl von Leichtbauszenarien eingesetzt, wo es die Oberflächentemperatur um etwa 5,6 °C senken kann, wenn es auf die Außenseite von Flugzeugen, Autos oder Zügen gesprüht wird.

Bei brütender Hitze muss das Flugzeug auf dem Rollfeld nicht die Klimaanlage einschalten, um den Innenraum abzukühlen, und es kann viel Energie gespart werden.

2.0 wird voraussichtlich innerhalb von zwei bis drei Jahren kommerzialisiert, erfordert jedoch eine Reihe von Tests und Verfeinerungen, wie z. B. die Minimierung der Verwendung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs).

Farben, Lacke und andere Produkte enthalten organische Lösungsmittel, die bei Gebrauch flüchtige organische Verbindungen freisetzen Formaldehyd ist eines der bekanntesten gesundheits- und umweltschädlichen VOCs.

Professor Ruan Xiulin stellte sich auch die unendlichen Möglichkeiten von 2.0 außerhalb der Transportbranche vor: Kleidung, Schuhe und sogar tragbare elektronische Produkte wie Mobiltelefone können verwendet werden:

„Es lässt sich in Farbe oder Textilfasern einarbeiten, streichen, sprühen oder mit der Rolle auftragen.“

Aber selbst wenn 2.0 wirklich kommerzialisiert wird, wird der Preis niemals billig sein, da Bornitrid synthetisiert und produziert werden muss, sodass es eher für Szenarien geeignet ist, in denen Sie sich nicht um Kosten kümmern, sondern um Gewicht und Dicke .

Die weißeste Farbe ist auch die kühlste Farbe

Die weißeste Farbe 1.0 und 2.0 haben fast das gleiche Reflexionsvermögen und ersetzen sich nicht gegenseitig, aber jede hat ihre eigenen Vorzüge.

Schließlich ist es nicht das Ziel der Wissenschaftler, den Rekord für die weißeste Farbe zu brechen, sondern die Erderwärmung einzudämmen und Energie zu sparen.

Seit den 1970er Jahren haben viele Wissenschaftler versucht, Strahlungskühlbeschichtungen zu entwickeln, um herkömmliche Klimaanlagen zu ersetzen und zu vermeiden, in einen Teufelskreis der globalen Erwärmung zu geraten, in dem das Heißere heißer und das Heißere heißer wird.

Das Purdue-Team brauchte sechs Jahre, um 1.0 zu entwickeln.Sie prüften mehr als 100 verschiedene Materialien, schränkten sie auf 10 ein und testeten etwa 50 verschiedene Formulierungen für jedes Material.

Die auf dem Markt verkaufte weiße Farbe hat ein Reflexionsvermögen von etwa 80 % bis 90 %, und der übliche Rohstoff Titandioxid absorbiert ultraviolette Strahlen und strahlt Wärme ab, daher sollte die Oberfläche des Gebäudes nicht niedriger als die Umgebungstemperatur sein.

1.0 stützt sich auf zwei Schlüsseltechnologien.

Einerseits wird die hohe Konzentration an Bariumsulfat als Hauptbestandteil verwendet, um das Sonnenlicht besser zu reflektieren, ohne ultraviolette Strahlen zu absorbieren;

Andererseits hängt der Grad, in dem die Partikel Licht streuen, von der Größe ab, und wenn Bariumsulfat zu Partikeln unterschiedlicher Größe verarbeitet wird, kann die Farbe Sonnenlicht unterschiedlicher Farben und Wellenlängen reflektieren, wodurch der breiteste spektrale Streueffekt erzielt wird.

Die Nanopartikel sind nicht nur zu fast 100 % reflektierend, sondern reflektieren auch Sonnenenergie bei bestimmten Infrarotwellenlängen von 0,008 bis 0,013 mm, und die Wärme kehrt durch das Infrarotfenster in den Weltraum zurück, ohne in der Erdatmosphäre eingeschlossen zu werden.

Letztendlich gibt es mehr Wärme ab, als es aufnimmt , und bekämpft so die globale Erwärmung.

Diese „passive Strahlungskühlung“ kühlt die Gebäudeoberfläche ohne Energie zu verbrauchen, was der Installation einer Klimaanlage entspricht, die keinen Strom verbraucht.

Wie Sie auf dem Bild der IR-Kamera sehen können, hat der Bereich, in dem sich die 1.0 befindet, eine dunkelviolette Farbe, die sich stark von der Umgebungsfarbe unterscheidet, was darauf hinweist, dass sie die Platine auf unter Umgebungstemperatur abkühlt, was kommerzielle thermische Beschichtungen nicht können .

Die relative Materialverfügbarkeit ist ebenfalls ein Vorteil von 1,0. Bariumsulfat ist billiger als Titandioxid, und die Endkosten können sogar mit herkömmlicher weißer Farbe vergleichbar sein.

Die Arbeit wurde patentiert, und Purdue arbeitet mit einem Unternehmen zusammen, um die Farbe zu vergrößern und auf den Markt zu bringen, wobei die Kommerzialisierung innerhalb von zwei Jahren erwartet wird.

Aber 1.0 ist alles andere als perfekt. Ronnen Levinson, Experte für den Wärmeinseleffekt am Lawrence Berkeley National Laboratory, wies darauf hin, dass ultraviolettes Licht nach der Reflexion wahrscheinlich mit Substanzen wie Stickoxiden in der Luft reagiert, was die Luftqualität beeinträchtigen kann.

Ein Bericht von Fast Company erwähnte, dass fast 60 % der Rohstoffe für diese Beschichtung aus Baryt-Erz stammen.Der Bergbau bedeutet einen enormen Energiebedarf und CO2-Fußabdruck, der dem Zweck des Umweltschutzes zuwiderläuft und in einem Dilemma des positiven und gefangen ist Negativ.

Tatsächlich hat die Purdue University vor 1.0 auch eine Version herausgebracht. Im Oktober 2020 entwickelten sie eine weiße Farbe mit einem Reflexionsvermögen von 95,5 % unter Verwendung von Calciumcarbonat als Rohstoff.

Calciumcarbonat ist längst durch 1,0 Bariumsulfat ersetzt worden, 2,0 hexagonales Bornitrid hat die Einsatzszenarien von 1,0 erweitert.

„The whitest white“ ist nur ein vorübergehender falscher Name, die Technik verbessert sich ständig, und es mag 3.0 und 4.0 geben. Wenn Sie eine echte Umweltschutzantwort wollen, müssen Sie mit 70 Punkten und 80 Punkten beginnen.

Vergessen Sie beim weißesten Weiß nicht das schwärzeste Schwarz

Das schwärzeste Schwarz war vor einigen Jahren Vantablack, das bis zu 99,965 % des sichtbaren Lichts absorbiert, eine Erfindung des britischen Technologieunternehmens Surrey NanoSystems und eine Überraschung, als es 2014 auf den Markt kam.

Vanta steht für vertikal ausgerichtete Nanoröhren-Arrays, was vertikal ausgerichtete Nanoröhren-Arrays bedeutet, mit etwa einer Milliarde Nanoröhren pro Quadratzentimeter Beschichtung.

Aufgrund der gleichmäßig verteilten Nanoröhrenstruktur ist es so auffallend schwarz, eintretende Lichtpartikel werden absorbiert und nur sehr wenige, die reflektiert werden, treffen auf die Oberseite der Nanoröhren.

Vor den beiden identischen Bronzestatuen, wenn eine von ihnen mit Vantablack bemalt wird, wechselt sie direkt von dreidimensional zu zweidimensional. Du starrst nicht ins Schwarze, sondern in den Abgrund.

Als Whitest Paint 1.0 herauskam, verglichen die Forscher es mit Vantablack. Schließlich ist der eine zu schwarz, um die Menge zu dominieren, und der andere ist zu weiß, um zu dominieren.

Damals gab es auch eine Vantablack-bezogene Episode: Forscher wurden gewarnt, auf Anish Kapoor aufzupassen.

Anish Kapoor ist ein britischer Künstler, der 2016 in der Kunstwelt Berühmtheit erlangte, als er die exklusiven künstlerischen Rechte an Vantablack übernahm, die nur er für künstlerische Zwecke nutzen kann.

Die heftigste Reaktion darauf war ein anderer britischer Künstler, Stuart Semple, der in einem Anfall von Wut die "pinkest pink"-Farbe entwickelte und sie auf die Website stellte, wo jeder sie kaufen kann, außer Anish Kapoor.

Kürzlich wollte ein japanischer Internetstar den „dunkelsten Raum der Welt“ herausfordern , konnte aber kein Vantablack kaufen, also entschied er sich für die Farbe „True Black Warriors“ mit einer Lichtabsorptionsrate von 99,4 % („Dynasty Warriors“) ). : Spielgeld).

Er hat sich auch komplett schwarz angemalt, nahtlos wie Conan's Man in Black.

Aber jetzt ist Vantablack nicht der dunkelste. Im Jahr 2019 entwickelte das MIT ein Material, das 99,995 % des sichtbaren Lichts absorbiert, und das Beste ist, dass Wissenschaftler mit der Künstlerin Diemut Strebe zusammengearbeitet haben, um es in Form eines Diamanten erscheinen zu lassen.

Wenn der hellste „Stein“ auf das lichtabsorbierende Material trifft, wird der natürliche gelbe Diamant im Wert von 2 Millionen Dollar vollständig in der Dunkelheit verborgen, weshalb er „The Redemption of Vanity“ genannt wird.

Neben dem Diamanten schrieben Diemut Strebe und das MIT: „Dieses Projekt kann auch als Statement gegen Anish Kapoors Kauf der exklusiven künstlerischen Rechte an Vantablack gesehen werden. Wir haben eine andere Zusammensetzung von Kohlenstoffnanoröhren verwendet, die jeder Künstler verwenden kann.“

Abgesehen von Kunst und Ästhetik werden die dunkelsten Schwarztöne hauptsächlich auf Oberflächen verwendet, die extrem intolerant gegenüber reflektiertem Licht sind, wie astronomische Teleskope, Mikrosatelliten, Sternentracker, Infrarotsensoren, und sollen auch in Stealth-Flugzeugen nützlich sein.

Die Entwicklungsfirma von Vantablack schlug einst vor , das weißeste Weiß und das schwärzeste Schwarz gemeinsam im Museum auszustellen und betonte, um die mit Anish Kapoor unterzeichneten exklusiven Kunstrechte nicht zu verletzen, auch, dass „das keine Kunst“, sondern „Bildung“ sei „Zweck“ für diejenigen, die sich für die Wissenschaft hinter den Extremen von Licht und Dunkelheit interessieren.

„Die Wissenschaft kann ein Medium für die Kunst schaffen, und die Kunst kann der Wissenschaft auch etwas zurückgeben.“ Vom weißesten Weiß bis zum schwärzesten Schwarz beeinflusst die Palette der Wissenschaftler auch die Zukunft der Menschheit.

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