圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理江疑院戴上口罩之后最大的困擾一就是，冬天眼鏡會起霧。論是剛走到室外，還是剛進室內(nèi)，眼前都頓時一片朦朧對此，蘇黎世聯(lián)邦理工學院科學家想出了一種新方法 —— 在一定的光刺激下讓鏡片自發(fā)加畢方，而無需擦拭它們以免一些化學品破壞原本的片鍍膜。自從戴上口罩，走路上就多了一個動作：用手壓口罩上鼻梁兩側(cè)的金屬箴魚尤其是在冬天，因為自己呼的熱氣會順著口罩與臉的縫爬到眼鏡里面，在鏡面上如潮一般留下一層水滴，即產(chǎn)霧氣；幸運的話，霧氣很快退潮”便會散去。但如果你得不從外面走進地鐵站，你發(fā)現(xiàn)眼鏡的外面也被覆蓋了層霧。眼鏡起霧其實是由于鏡與周圍空氣存在溫差，而水蒸氣冷凝為水的過程。值一提的是，鏡片上原本還豪山層額外的膜，以減少反射、水防油防藍光等，它們往往于疏水材料，使水很難粘濕面，從而形成水滴。這些小滴會使入射光向四面八方散而導致人看不清。這時，如被動地等待眼鏡上的水滴蒸以消散霧氣，你也許要頂著樣一副朦朧的眼鏡繼續(xù)往前幾分鐘。但除此之外，你還做些什么？迪莫斯?普利卡斯（Dimos Poulikakos）是蘇黎世聯(lián)邦理工學院熱力學系的主和山，也該校新興技術(shù)熱力學實驗室創(chuàng)始人，主要從事界面和熱學相關(guān)的研究。普利卡科斯同事對眼鏡起霧這件事非常興趣，從大約 6 年前就開始思考如何開發(fā)一種新的眼涂層。他們期望這種涂層既快速除霧或防止起霧，又能現(xiàn)有技術(shù)相匹配來實現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)。最近，普利卡科斯的鸀鳥在《自然?納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）雜志上發(fā)表了他們的最新成果土螻讓眼鏡自加熱？這項新技術(shù)的特殊之在于，它模仿了車后窗的除器。有車的人應該知道車后玻璃上的一條條橫線其實是熱絲，目的是通電加熱來加蒸發(fā)，以達到除霜 / 霧的效果。不過，相比于人為主地提供能量（如電能），先龍卡科斯和同事想到，可不可在日常環(huán)境中（有一定的光），就能讓鏡片的部分區(qū)域行加熱以減小溫差，從而防霧氣的產(chǎn)生或加快除霧的速？圖片來源：pixabay“人們通常會用深色表面來收光，以將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊?普利卡科斯團隊的一位博士埃夫斯特雷克斯?米特里迪（Efstratios Mitridis）說道。但我們知道眼鏡必須得足夠鱄魚亮所以他們需要設(shè)計特殊的透涂層，使其既具備足夠高的光率，也能實現(xiàn)類似于深色面的效果：吸收足夠多的紅線來提高物體溫度?？茖W家經(jīng)知道，對于金屬納米顆粒可以看作一種特殊的等離子）而言，當金屬表面自由電的振蕩頻率與入射光的頻率當時就會產(chǎn)生共振，因此會相應波長的光產(chǎn)生很強的崌山吸收作用，同時讓其他波長光透過。其共振頻率往往出在可見光波段內(nèi)。如今，在為制造的一些光學超材料中科學家往往會將特定形式的米粒子嵌在不同的表面上，通過堆疊形成一類多層結(jié)構(gòu)他們可以調(diào)整納米粒子的大、位置和方向，或者改變每層納米粒子的厚度，以調(diào)控與納米粒子之間的相互作用從而讓材料表現(xiàn)出不同的化蛇性能。例如，使等離子體共頻率拓寬到近紅外波段。這是普利卡科斯的團隊最終選的一種策略。這支研究團隊思路：制備一類超材料涂層盡可能多的可見光透過，同盡可能吸收更多的近紅外光沿著這種思路，他們在 2019 年第一次報道了他們所制犀牛的涂層，它由一層二氧鈦與一層金納米顆粒交替重堆疊而成?！拔覀兊耐繉芋痿~收太陽光中的紅外線以及一分可見光，”這項研究的第作者克里斯托弗?沃克（Christopher Walker）說，“吸收的光會被轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏蟆边@可以使鏡的溫度提高 3~4℃，從而縮小導致眼鏡起霧的溫差。項研究發(fā)表在 Nano Letters 雜志上。但是，這一版本的涂層的可見光過率僅有約 36%，吸收率則達到了約 30%~40%（以可見光為例，可見光的過率 + 吸收率 + 反射率 = 1）。這很有可能會影響鏡片的透慎子率，以及最的清晰度和失真度。因此，接下來的 3 年里，普利卡科斯和同事一直在試圖優(yōu)化料結(jié)構(gòu)，以尋找光學效果更的眼鏡涂層。而性質(zhì)的突變出現(xiàn)在哪里？又過了 3 年……逾滲閾值（percolation threshold）以及逾滲現(xiàn)象常常會用在導電復合材料中耳鼠這種材有一個非常重要的特征：它的導電率會隨導電粒子體積數(shù)的增加呈非線性遞增，并在某一個臨界值突然增大，化幅度可達 10 個數(shù)量級以上，然后呈非線性遞減。據(jù)產(chǎn)生逾滲現(xiàn)象的原因，我或許可以推測，隨著納米金度的增加，當這些納米金駮某種連續(xù)網(wǎng)絡時，材料的光性質(zhì)就突然迅速增加了。這研究團隊就是這么想和做的他們想要利用這種逾滲概念找到眼鏡涂層的光學性能閾。相比于 2019 年用過的金納米顆粒，他們這次選用一種傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)工藝，備納米金的薄膜。按照他們說法，當金沉積在基板上時先形成島，但這些島尺寸較且彼此獨立，難以發(fā)生集如犬振；隨著更多的金沉積，這島之間就會實現(xiàn)電氣連接，為一個更大的、相互連接的絡。實際上，這層納米金的膜被夾在兩層二氧化鈦之間當納米金薄膜的厚度為 4.75 納米時，這種結(jié)構(gòu)的材料擁有時山大的近紅外光吸收 —— 約 36.9%，同時具備較高的可見光透光率67.1%），并且?guī)缀醪晃湛梢姽?—— 舉例來說，近紅外光吸收率 = 吸收的近紅外光 / 吸收的入射光。更重要的是，這梁書新涂層至可以在 1 個太陽光的輻射（經(jīng)過計算貊國物理學家已證實，地球上太陽光輻射的率密度約為 1000 瓦特 / 平方米，因此將其簡稱為 1 個太陽光輻射）下使眼鏡升溫 8.3℃；即使是在 0.6 個太陽光輻射下也能升溫 5.4℃。其中的一個鏡片涂有他們新開灌山的材料，另一個未作處理。結(jié)顯示，超材料涂層起到了防鏡片起霧的作用，而未作處的則完全起霧。圖片來源：論文當然，實際應用時可能遇到陽光輻射非常弱的情況那時這種涂層還能發(fā)揮加熱作用嗎？還好眼鏡有兩個鏡，所以很容易實現(xiàn)對照試驗其中的一個鏡片涂有他們新發(fā)的超材料，另一個未作駱明。首先，普利卡科斯的團隊這副眼鏡放置在室外，并暴在陽光（強度為 0.2~0.3 個太陽光輻射）下 5 分鐘。然后，戴著口罩的研究人員戴上環(huán)狗副眼鏡并呼氣很顯然，未作處理的鏡片完起霧，而涂有超材料涂層的片，即使在這種非理想條件也能保持完整的可見度。研人員將涂有這種涂層的材料到了瑞士山上，以進行測夫諸圖片來源：原論文普利卡科和同事甚至將涂有這種涂層聚酯片 / 二氧化硅晶片帶到了瑞士山上，狕證實它在劣戶外條件下的防霧 / 除霧能力。走向市場他們對此交了專利申請并期望能夠走市場。但一想到涂層中的金你可能就對它望而卻步了。科學家已經(jīng)提前替你算了一賬，發(fā)現(xiàn)沒有那么貴：“由納米金薄膜的厚度不到 5 納米，所以整體涂層只需要少的金。具體來說，每平方的涂層含有 100 毫克的金，這意味著一副眼鏡需要約 0.3 毫克的金，換算為美元就是 0.017（相當于 11.5 分人民幣）?！边@項新研究的第一作者萬?海希勒（Iwan Haechler）說道。當然，整體涂層以及其他價格未包在內(nèi)。說起產(chǎn)品，目前市葌山的主打產(chǎn)品防霧濕巾是通過拭，在鏡片上留下一層膜來止起霧。它們無非包含親水或疏水性材料，但擦拭過程可能會破壞原本的鏡片鍍膜至于原理，它們主要是通過整表面潤濕性來改變水滴與片表面之間的接觸角，與普卡科斯團隊的策略完全不同例如，超親水材料可以使水鋪展開來形成水膜，以便讓透過去。因此，肉眼看上熊山片似乎是透明的，但實際上沒有阻止水蒸氣的冷凝。不，親水表面的表面能較高，此很容易吸附污垢、灰塵、滴等雜質(zhì)，僅僅一點雜質(zhì)就削弱超親水表面的性能。而起超疏水表面，我們可以想一下荷葉上的露珠 —— 超疏水表面就是在模仿荷葉的構(gòu)，從而使水滴不粘濕表面離開。但制備如此完美的仿結(jié)構(gòu)是一件極具挑戰(zhàn)性的平山。因此表面簇集的水滴并不會如你所愿地及時滑下來，們很有可能會不斷“侵占”面，從而使其最終失去功能至于普利卡科斯他們新開發(fā)基于納米金的鏡片涂層，它也毋庸置疑會發(fā)揮防霧 / 除霧的作用，但能否滿足長使用的需求，以及完勝目前產(chǎn)品還有待檢驗。適當憋氣是個好技能原論文：https://www.nature.com/articles/s41565-022-01267-1#Sec15參考鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04481https://www.nature.com/articles/s41565-022-01269-zhttps://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.09.001https://doi.org/10.1016/0275-5408(95)00023-2https://phys.org/news/2019-03-nanotechnology-sunlight-visibility.htmlhttps://www.zmescience.com/science/news-science/new-ultrathin-gold-coating-can-make-your-glasses-defog-themselves/https://www.zmescience.com/other/feature-post/how-to-prevent-your-glasses-from-fogging-when-wearing-a-face-mask/本文來自微信公眾號：環(huán)球科學 （ID：huanqiukexue）撰文：王怡博，審校：栗?