戴上口罩后，如何優(yōu)雅地佩戴眼鏡？

王怡博

戴上口罩之后最大的困擾之一就是，冬天眼鏡會起霧。無論是剛走到室外，還是剛進入室內，眼前都頓時一片朦朧。對此，蘇黎世聯邦理工學院的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)加熱，而無須擦拭它們，以免一些化學品破壞原本的鏡片鍍膜。

讓眼鏡自己加熱？

這項新技術的特殊之處在于，它模仿了車后窗的除霜器。有車的人應該知道車后窗玻璃上的一條條橫線其實是電熱絲，目的是通電加熱來加快蒸發(fā)，以達到除霜/ 霧的效果。不過，相比于人為主動地提供能量（如電能），普利卡科斯和同事想到，可不可以在日常環(huán)境中（有一定的光照），就能讓鏡片的部分區(qū)域自行加熱以減小溫差，從而防止霧氣的產生或加快除霧的速度？

“人們通常會用深色表面來吸收光，以將其轉變?yōu)闊崃俊！逼绽扑箞F隊的一位博士生埃夫斯特雷克斯·米特里迪斯（Efstratios Mitridis）說道。但我們知道眼鏡必須得足夠透亮，所以他們需要設計特殊的透明涂層，使其既具備足夠高的透光率，也能實現類似于深色表面的效果：吸收足夠多的紅外線來提高物體溫度。

這支研究團隊的思路：制備一類超材料涂層使盡可能多的可見光透過，同時盡可能吸收更多的近紅外光

科學家已經知道，對于金屬納米顆粒（可以看作一種特殊的等離子體）而言，當金屬表面自由電子的振蕩頻率與入射光的頻率相當時就會產生共振，因此會對相應波長的光產生很強的局部吸收作用，同時讓其他波長的光透過。其共振頻率往往出現在可見光波段內。

如今，在人為制造的一些光學超材料中，科學家往往會將特定形式的納米粒子嵌在不同的表面上，并通過堆疊形成一類多層結構。他們可以調整納米粒子的大小、位置和方向，或者改變每一層納米粒子的厚度，以調控光與納米粒子之間的相互作用，從而讓材料表現出不同的光學性能。例如，使等離子體共振頻率拓寬到近紅外波段。這也是普利卡科斯的團隊最終選擇的一種策略。

沿著這種思路，他們在2019年第一次報道了他們所制備的涂層，它由一層二氧化鈦與一層金納米顆粒交替重復堆疊而成。“我們的涂層會吸收太陽光中的紅外線以及一部分可見光，” 這項研究的第一作者克里斯托弗· 沃克（Christopher Walker）說，“吸收的光會被轉變?yōu)闊崮堋！边@可以使鏡片的溫度提高3～4℃，從而縮小導致眼鏡起霧的溫差。這項研究發(fā)表在《Nano Letters》雜志上。

但是， 這一版本的涂層的可見光透過率僅有約36%， 吸收率則達到了30% ～ 40%（以可見光為例，可見光的透過率+ 吸收率+ 反射率=1）。這很有可能會影響鏡片的透光率，以及最終的清晰度和失真度。因此，在接下來的3 年里，普利卡科斯和同事一直在試圖優(yōu)化材料結構，以尋找光學效果更好的眼鏡涂層。而性質的突變會出現在哪里？

不斷改進

逾滲閾值（percolation threshold）以及逾滲現象常常會用在導電復合材料中，這種材料有一個非常重要的特征：它們的導電率會隨導電粒子體積分數的增加呈非線性遞增，并且在某一個臨界值突然增大，變化幅度可達10個數量級以上，然后呈非線性遞減。

根據產生逾滲現象的原因，我們或許可以推測，隨著納米金濃度的增加，當這些納米金形成某種連續(xù)網絡時，材料的光學性質就突然迅速增加了。這支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值。

實際上，這層納米金的薄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，這種結構的材料擁有最大的近紅外光吸收率——約36.9%，同時具備較高的可見光透光率（67.1%），并且?guī)缀醪晃湛梢姽狻e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，這種新涂層甚至可以在1個太陽光的輻射（經過計算，物理學家已經證實，地球上太陽光輻射的功率密度約為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℃。

研究人員將涂有這種涂層的材料帶到了瑞士山上，以進行測試

普利卡科斯和同事甚至將涂有這種涂層的聚酯片/ 二氧化硅晶片帶到了瑞士山上，以證實它在惡劣戶外條件下的防霧/ 除霧能力。

走向市場

他們對此提交了專利申請并期望能夠走向市場。但一想到涂層中的金，你可能就對它望而卻步了。

科學家已經提前替你算了一筆賬，發(fā)現沒有那么貴：“由于納米金薄膜的厚度不到5納米，所以整體涂層只需要很少的金。具體來說，每平方米的涂層含有100毫克的金，這意味著一副眼鏡需要大約0.3毫克的金，換算為美元就是0.017（相當于11.5分人民幣）。”這項新研究的第一作者伊萬·海希勒（Iwan Haechler）說道。當然，整體涂層以及其他價格未包含在內。

對于這樣的價格，會有多少人愿意購買呢？

（本文經授權轉載自“把科學帶回家”公眾號，有刪節(jié)）