圖片來源：蘇黎世邦理工學(xué)院戴上口之后最大的困擾之就是，冬天眼鏡會(huì)霧。無論是剛走到外，還是剛進(jìn)入室，眼前都頓時(shí)一片朧。對(duì)此，蘇黎世邦理工學(xué)院的科學(xué)想出了一種新方法 —— 在一定的光刺激下讓鏡片自發(fā)加，而無需擦拭它們以免一些化學(xué)品破原本的鏡片鍍膜。從戴上口罩，走在上就多了一個(gè)動(dòng)作用手按壓口罩上鼻兩側(cè)的金屬條。尤是在冬天，因?yàn)樽?呼出的熱氣會(huì)順著罩與臉的縫隙爬到鏡里面，在鏡面上漲潮一般留下一層滴，即產(chǎn)生霧氣；運(yùn)的話，霧氣很快退潮”便會(huì)散去。如果你不得不從外走進(jìn)地鐵站，你會(huì)現(xiàn)眼鏡的外面也被蓋了一層霧。眼鏡霧其實(shí)是由于眼鏡周圍空氣存在溫差而使水蒸氣冷凝為的過程。值得一提是，鏡片上原本還幾層額外的膜，以少反射、防水防油藍(lán)光等，它們往往于疏水材料，使水難粘濕鏡面，從而成水滴。這些小水會(huì)使入射光向四面方散開而導(dǎo)致人看清。這時(shí)，如果被地等待眼鏡上的水蒸發(fā)以消散霧氣，也許要頂著這樣一朦朧的眼鏡繼續(xù)往走幾分鐘。但除此外，你還能做些什？迪莫斯?普利卡斯（Dimos Poulikakos）是蘇黎世聯(lián)邦理學(xué)院熱力學(xué)系的主，也是該校新興技熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)人，主要從事界面熱力學(xué)相關(guān)的研究普利卡科斯和同事眼鏡起霧這件事非感興趣，從大約 6 年前就開始思考如何開發(fā)一種新的化蛇涂層。他們期望這涂層既能快速除霧防止起霧，又能與有技術(shù)相匹配來實(shí)規(guī)模生產(chǎn)。最近，利卡科斯的團(tuán)隊(duì)在自然?納米技術(shù)》Nature Nanotechnology）雜志上發(fā)表了他們的最新成果讓眼鏡自己加熱？項(xiàng)新技術(shù)的特殊之在于，它模仿了車窗的除霜器。有車人應(yīng)該知道車后窗璃上的一條條橫線實(shí)是電熱絲，目的通電加熱來加快蒸，以達(dá)到除霜 / 霧的效果。不過，比于人為主動(dòng)地提能量（如電能），利卡科斯和同事想，可不可以在日常境中（有一定的光），就能讓鏡片的分區(qū)域自行加熱以小溫差，從而防止氣的產(chǎn)生或加快除的速度？圖片來源pixabay“人們通常會(huì)用深色表來吸收光，以將其變?yōu)闊崃俊！逼绽?科斯團(tuán)隊(duì)的一位博生埃夫斯特雷克斯米特里迪斯（Efstratios Mitridis）說道。但我們知道眼必須得足夠透亮，以他們需要設(shè)計(jì)特的透明涂層，使其具備足夠高的透光，也能實(shí)現(xiàn)類似于色表面的效果：吸足夠多的紅外線來高物體溫度?？茖W(xué)已經(jīng)知道，對(duì)于金納米顆粒（可以看一種特殊的等離子）而言，當(dāng)金屬表自由電子的振蕩頻與入射光的頻率相時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振，此會(huì)對(duì)相應(yīng)波長(zhǎng)的產(chǎn)生很強(qiáng)的局部吸作用，同時(shí)讓其他長(zhǎng)的光透過。其共頻率往往出現(xiàn)在可光波段內(nèi)。如今，人為制造的一些光超材料中，科學(xué)家往會(huì)將特定形式的米粒子嵌在不同的面上，并通過堆疊成一類多層結(jié)構(gòu)。們可以調(diào)整納米粒的大小、位置和方，或者改變每一層米粒子的厚度，以控光與納米粒子之的相互作用，從而材料表現(xiàn)出不同的學(xué)性能。例如，使離子體共振頻率拓到近紅外波段。這是普利卡科斯的團(tuán)最終選擇的一種策。這支研究團(tuán)隊(duì)的路：制備一類超材涂層使盡可能多的見光透過，同時(shí)盡能吸收更多的近紅光。沿著這種思路他們?cè)?2019 年第一次報(bào)道了他所制備的涂層，它一層二氧化鈦與一金納米顆粒交替重堆疊而成?！拔覀?涂層會(huì)吸收太陽光的紅外線以及一部可見光，”這項(xiàng)研的第一作者克里斯弗?沃克（Christopher Walker）說，“吸收的光會(huì)被轉(zhuǎn)變熱能?！边@可以使片的溫度提高 3~4℃，從而縮小導(dǎo)致眼章山起霧的溫差。項(xiàng)研究發(fā)表在 Nano Letters 雜志上。但是，這一版巫肦的涂層的見光透過率僅有約 36%，吸收率則達(dá)到了約 30%~40%（以可見光為例，可見光的透爾雅率 + 吸收率 + 反射率 = 1）。這很有可能會(huì)影響鏡的透光率，以及最的清晰度和失真度因此，在接下來的 3 年里，普利卡科斯和同事一直在試優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)，以找光學(xué)效果更好的鏡涂層。而性質(zhì)的變會(huì)出現(xiàn)在哪里？過了 3 年……逾滲閾值（percolation threshold）以及逾滲現(xiàn)象常常傅山在導(dǎo)電復(fù)合材料中這種材料有一個(gè)非重要的特征：它們導(dǎo)電率會(huì)隨導(dǎo)電粒體積分?jǐn)?shù)的增加呈線性遞增，并且在一個(gè)臨界值突然增，變化幅度可達(dá) 10 個(gè)數(shù)量級(jí)以上，然后呈非線性遞減根據(jù)產(chǎn)生逾滲現(xiàn)象原因，我們或許可推測(cè)，隨著納米金度的增加，當(dāng)這些米金形成某種連續(xù)絡(luò)時(shí)，材料的光學(xué)質(zhì)就突然迅速增加。這支研究團(tuán)隊(duì)就這么想和做的。他想要利用這種逾滲念，找到眼鏡涂層光學(xué)性能閾值。相于 2019 年用過的金納米顆粒，們這次選擇用一種統(tǒng)的熱蒸發(fā)工藝，備納米金的薄膜。照他們的說法，當(dāng)沉積在基板上時(shí)會(huì)形成島，但這些島寸較小且彼此獨(dú)立難以發(fā)生集體共振隨著更多的金沉積這些島之間就會(huì)實(shí)電氣連接，成為一更大的、相互連接網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，這納米金的薄膜被夾兩層二氧化鈦之間當(dāng)納米金薄膜的厚為 4.75 納米時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的材擁有最大的近紅外吸收率 —— 約 36.9%，同時(shí)具備較高的可見光透率（67.1%），并且?guī)缀醪晃湛?光 —— 舉例來說，近紅外光吸收率 = 吸收的近紅外光 / 吸收的入射光。更重要的是后土這新涂層甚至可以在 1 個(gè)太陽光的輻射（經(jīng)過計(jì)算，物由于家已經(jīng)證實(shí)，地球太陽光輻射的功率度約為 1000 瓦特 / 平方米，因此將其簡(jiǎn)稱狌狌 1 個(gè)太陽光輻射）下使眼鏡升溫 8.3℃；即使是在 0.6 個(gè)太陽光輻射下也能升溫 5.4℃。其中的一個(gè)鏡片有他們新開發(fā)的超料，另一個(gè)未作處。結(jié)果顯示，超材涂層起到了防止鏡起霧的作用，而未處理的則完全起霧圖片來源：原論文然，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可會(huì)遇到陽光輻射非弱的情況，那時(shí)這涂層還能發(fā)揮加熱作用嗎？還好眼鏡兩個(gè)鏡片，所以很易實(shí)現(xiàn)對(duì)照試驗(yàn)：中的一個(gè)鏡片涂有們新開發(fā)的超材料另一個(gè)未作處理。先，普利卡科斯的隊(duì)將這副眼鏡放置室外，并暴露在陽（強(qiáng)度為 0.2~0.3 個(gè)太陽光輻射）下 5 分鐘。然后，戴著口罩的究人員戴上這副眼并呼氣。很顯然，作處理的鏡片完全霧，而涂有超材料層的鏡片，即使在種非理想條件下也保持完整的可見度研究人員將涂有這涂層的材料帶到了士山上，以進(jìn)行測(cè)。圖片來源：原論普利卡科斯和同事至將涂有這種涂層聚酯片 / 二氧化硅晶片帶到了瑞士上，以證實(shí)它在惡戶外條件下的防霧 / 除霧能力。走向市場(chǎng)他們對(duì)此提交專利申請(qǐng)并期望能走向市場(chǎng)。但一想涂層中的金，你可就對(duì)它望而卻步了但科學(xué)家已經(jīng)提前你算了一筆賬，發(fā)沒有那么貴：“由納米金薄膜的厚度到 5 納米，所以整體涂層只需要很的金。具體來說，平方米的涂層含有 100 毫克的金，這意味著一副眼鏡要大約 0.3 毫克的金，換算為美就是 0.017（相當(dāng)于 11.5 分人民幣）。”這新研究的第一作者萬?海希勒（Iwan Haechler）說道。當(dāng)然，整體涂層以及陸山他價(jià)未包含在內(nèi)。說起品，目前市場(chǎng)上的打產(chǎn)品防霧濕巾是過擦拭，在鏡片上下一層膜來防止起。它們無非包含親性或疏水性材料，擦拭過程中可能會(huì)壞原本的鏡片鍍膜至于原理，它們主是通過調(diào)整表面潤(rùn)性來改變水滴與鏡表面之間的接觸角與普利卡科斯團(tuán)隊(duì)策略完全不同。例，超親水材料可以水滴鋪展開來形成膜，以便讓光透過。因此，肉眼看上鏡片似乎是透明的但實(shí)際上并沒有阻水蒸氣的冷凝。不，親水表面的表面較高，因此很容易附污垢、灰塵、油等雜質(zhì)，僅僅一點(diǎn)質(zhì)就能削弱超親水面的性能。而說起疏水表面，我們可想象一下荷葉上的珠 —— 超疏水表面就是在模云山荷葉結(jié)構(gòu)，從而使水滴粘濕表面并離開。制備如此完美的仿結(jié)構(gòu)是一件極具挑性的事情。因此表簇集的水滴并不都如你所愿地及時(shí)滑來，它們很有可能不斷“侵占”表面從而使其最終失去能。至于普利卡科他們新開發(fā)的基于米金的鏡片涂層，們也毋庸置疑會(huì)發(fā)防霧 / 除霧的作用，但能否滿足長(zhǎng)使用的需求，以及勝目前的產(chǎn)品還有檢驗(yàn)。適當(dāng)憋氣也個(gè)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(hào)：球科學(xué) （ID：huanqiukexue）撰文：王怡博，審校：栗?