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最白的白,最黑的黑,可能是最粉的粉,以及从未见过的蓝




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撰文 | 小庄


4月15日,普渡大学西拉斐特分校机械工程学院和伯克纳米技术中心的阮修林教授团队宣布,他们制成了一种世界上“最白的白色颜料/涂料”,阳光反射率达到98.1%。这比同一团队去年10月达到的95.5%又有了明显的提升。

 

说起来,发明该涂料的初衷,是为了对抗日益严重的全球变暖。从上个世纪70年代起,科学家们就在思考能够替代能耗和污染都大的制冷设备——空调——的解决方案。很显然,如果我们能够把投射到房屋表面和周围的阳光都反射回去,就会产生降温的效果,这被称作辐射制冷,是一种被动式制冷技术。

 

普渡大学的研究者阮修林在展示他们的最白白颜料

 

相关领域的研究持续了几十年,却没有取得大家所期望的突破。在这场挑战中,许多被给予厚望的材料选手都纷纷败下阵来。比如不少人都熟悉的氧化钛,一种会被添加到防晒霜等美白化妆品中的颗粒,白则白矣,却是一场虚白——它在紫外波段的反射并不尽人意,对阳光能量的总反射率最高不会超过91%,所以涂了氧化钛的表面在阳光下暴晒的话依然会慢慢发热。为了达到更高反射率,科学家们还试过聚乙烯气凝胶和脱木质素木材,不过这些方法不仅在工艺上更复杂,可应用性方面也大打折扣。

 

而普渡大学团队在试过上百种材料之后,最终锁定了硫酸钡,通过反复测试不同颗粒度的硫酸钡的反射率,他们发现,让粒径分布在一个区间内能够达到最宽的反射谱,从而使得其冷却效率大大提升。据估算,使用最佳配比(体积浓度为60%)的硫酸钡丙烯酸涂料覆盖约1000平方英尺的屋顶,可以获得的制冷功率相当于10千瓦的冷却功率,比大多数房屋使用的中央空调都更要强大。

 

这项突破发表在了上《美国化学学会应用材料与界面》期刊上,很快引起一些媒体的注意而获得不少报道,引来一片称赞的同时,也有不少有识之士发出呼声,说一定要保证让Anish Kapoor离它远一点。


怎么回事呢,Anish Kapoor又是谁?这就涉及到前几年艺术界的一段著名公案了。

 

2014年,英国技术公司Surrey NanoSystem声称他们发明出了世界上最黑的黑色材料,叫做Vantablack,可以吸收投射到其表面的99.96%的光。如果把它涂敷到一个立体表面,就会造成一种二维化的效果——轮廓立刻消失在视野中(材料世界的二向箔有没有)。关于这一点,你感受一下下面两个青铜塑像就能get到了,它们是一模一样的,但右边那个表面上了一层Vantablack。



Vanta其实是vertically aligned nanotube arrays的首字母缩写,意思就是垂直排列的碳纳米管阵列,所以Vantablack的黑,说到底是来自于均匀分布的纳米管结构——每平方厘米涂层上大约排列着十亿个纳米管,既不会太稀疏,也不会太密集,这样就能够保证光子都投射到“管”里面并被它们吸收掉。而那逃出去的0.04%,应该就是撞击到碳纳米管最顶部并且有角度跑出去的少之又少的极小部分。

 

如果把Vantablack和其他黑色表面并排放置在一起,它们看起来反倒是更偏灰色的,质感有点像天鹅绒。它的主要用途,是用在一些对于反射光容忍度超低的表面,比如天文望远镜和人造卫星黑体校准设备。2015年12月,它首次在欧洲发射的微卫星上完成太空处女秀。此外还被认为会出现在隐形飞机上。

 

制造商很快就用它制成了名为Vantablack S-VIS的可喷涂涂料推向大众市场,这时候,印裔英籍艺术家Anish Kapoor就强力介入了,他不知道用了什么话术,居然说服了Surrey NanoSystem把这种颜料单独授予他使用——没错儿,全世界的艺术家只有Kapoor一个人可以以Vantablack S-VIS进行创作。然后他首先和制表商MCT合作生产了限量版手表,在后表盘和分针都涂敷了这种涂料。Kapoor这一行为实在是太独(损)了,激怒了很多同行,以至于另一位艺术家Stuart Semple立刻采取了抗议行动,他站出来说自己创造了“世界上最粉的粉色”颜料,每一个人都可以使用,就除了Anish Kapoor。

 

 

在“最粉的粉色”售卖页面上,赫然标着这样一段声明:将本产品添加到购物车,即表示您确认自己不是Anish Kapoor,并且与Anish Kapoor没有任何关系,不代表Anish Kapoor或Anish Kapoor的联系人购买此产品。据您所秉持的知识、信息和信仰,该涂料不会落入Anish Kapoor的手中。

 

Kapoor又是如何回应呢?他在Instagram上贴了一张竖着中指的照片,指头上沾着来自“最粉的粉色”颜料的粉末……

 

Anish Kapoor对Stuart Semple的回应

 

这淘气的举动可没把Semple气炸,他在推特上强烈谴责了把颜料提供给Kapoor的人,并表示要抗议到底,此后他继续推出了“最黄的黄”“最闪的闪”(一种blingbling珠光粉似的颜料)……来抵制Kapoor。

 

“最黑的黑色”VS“最粉的粉色”一段公案就介绍到这里,对于这次“最白的白色”会不会落入Kapoor,我本人觉得应无大虞,毕竟做出了非同凡响的材料的科学家们还是希望他们的成果能够被最大化享用。举个例子,俄勒冈州立大学Mas Subramanian教授团队的“YInMn蓝”,就是一段美好的佳话。


Mas Subramanian教授在展示他们的美妙“YInMn蓝”

 

这种异常明亮的蓝色颜料之所以如此命名,是因为它是钇、铟和锰三种金属的氧化物融合到了一起而成,其分子式为YIn1-xMnxO3。从结构上来讲,是一种三角双锥晶体,如下图所示:


 

由于成分中的几种金属氧化物能够有效地吸收红光和绿光,并反射蓝光,从而使其呈现出一种特别的蓝色。随着铟:锰的比值不断增高,它还会呈现出如下颜色变化——


 

它的出现,其实是实验室里的一次无心插柳。2009年,Subramanian的研究生Andrew Smith通过将氧化锰加热到大约1200°C来探索其电子性能。然而从炉子中出来的不是一种高效的新颖电子材料,却是一片蓝糊糊。教授本人知道这件事后,敏锐地感觉到,这是件好事。为什么呢?因为对于人类来说,蓝色颜料很珍贵。在历史上很长一段时期内,艺术家想要获得蓝色,都需要付出不小的花费。它是最难制造的颜色之一,且在很多情况下都很容易褪色,因此,人们一直在寻找一种优质,耐久的蓝色。

 

接下去的物理性能测试显示,这种新的蓝色材料在紫外区具有高吸收率,在近红外区具有高反射率,在稳定性方面优于之前经常被使用的钴蓝(CoAl2O4,于是Subramanian决定把它推向颜料市场,最终获得了成功,不少艺术家都开始使用它。

 

2018年,日本福岛县相马市在福岛核电站发生泄漏七年后宣布再次开放,重启开幕式上有一个音乐会舞台,上面装饰着沙滩旗和大幅背景画,就是由“YInMn蓝”绘制的,这是东京歌手兼作词人兼吉他手Fukiko Nakamura提出的建议,并最终被采用,这种“永不褪色的蓝色”带着它背后的科学精神,给参加活动的人们带来了振奋人心的鼓舞,毕竟,这是200年来第一次——我们,终于又在实验室中合成了一种无机蓝色颜料。

 

相马市重启的开幕式音乐会上,“YInMn蓝”主题十分显眼

本文经授权转载自微信公众号“科学艺术研究中心”。


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