導(dǎo)讀

    近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員們開發(fā)出一種新型透明材料涂層，它可以大大地減少玻璃上的起霧現(xiàn)象。

    背景

    日常生活中，當(dāng)我們佩戴眼鏡，或是使用相機(jī)，或是駕駛汽車時(shí)，都會(huì)經(jīng)常碰到一個(gè)同樣的問題：當(dāng)從干冷的環(huán)境走到溫暖潮濕的環(huán)境中時(shí)，我們的眼鏡鏡片、相機(jī)鏡頭或者汽車擋風(fēng)玻璃都會(huì)迅速地起霧，致使我們無法看清楚東西。

（圖片來源：ETH Zurich）

    創(chuàng)新

    近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）的研究人員們開發(fā)出一種新型透明材料涂層，它可以大大地減少這種起霧的現(xiàn)象。這種耐用涂層的厚度僅為幾納米，由嵌入到非導(dǎo)電的氧化鈦中的金納米顆粒組成。

    在ETH實(shí)驗(yàn)室，向涂有納米顆粒的透明玻璃中心照射一束光，將防止照射到的區(qū)域起霧。

（圖片來源：ETH Zurich/Christopher Walker）

    技術(shù)

    ETH 教授 Dimos Poulikakos 課題組的博士生、這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)作者 Christopher Walker 表示：“我們的涂層吸收太陽光的紅外部分，以及一小部分的可見光，并將光線轉(zhuǎn)化為熱量。”這樣可以加熱表面3到4攝氏度，這樣的溫度差異可以防止起霧。

    加熱同樣也可以解決汽車玻璃的起霧問題。車內(nèi)加熱系統(tǒng)的熱空氣可以加熱前擋風(fēng)玻璃，而后面的窗戶安裝有電加熱的元件。但是，與這些方法不同的是，ETH研究人員們開發(fā)的新型涂料無源地工作。因?yàn)槲ㄒ恍枰哪茉淳褪翘枺运麄兊耐苛咸貏e適合可穿戴的物件，例如眼鏡和護(hù)目鏡。

    Poulikakos 課題組的另外一個(gè)博士生 Efstratios Mitridis 解釋了這種新型表面涂層如此特別的原因：“通常來說，黑暗的表面會(huì)吸收光線并將它轉(zhuǎn)化為熱量，但是我們創(chuàng)造的透明表面卻有著同樣的效果。”

    當(dāng)溫度突然下降或者濕度突然升高時(shí)，物體表面上就會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象，形成微小的水滴，將入射光向著不同方向散射，幾乎和大氣中的霧一樣。作為一種采用熱量防止起霧的替代方案，易受影響的表面被涂上親水劑。因?yàn)槲@些成分保證了凝結(jié)的水珠在表面上形成更薄的液體薄膜，而不是獨(dú)立的水滴。玻璃所用的防霧噴劑通常就是基于這個(gè)原理。

    價(jià)值

    現(xiàn)在，測(cè)試表明，當(dāng)暴露于太陽光中時(shí)，涂有金納米顆粒和氧化鈦的起霧表面比具有普通防霧劑的表面，變清晰的速度要快四倍。Walker 表示：“防霧劑通常會(huì)在一段時(shí)間后失效，因?yàn)榉漓F薄膜會(huì)變干或者分布不均勻。像我們使用的這種耐用涂層，比你幾乎每天都在用的防霧劑更持久耐用。”

（圖片來源：ETH Zurich）

    ETH 科學(xué)家們正計(jì)劃尋找工業(yè)合作伙伴，將他們的新方法推向市場(chǎng)。Walker 表示：“我們正在打算改善這種已經(jīng)很健壯的涂層，使它可以維持幾年，我們想要將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模推向工業(yè)規(guī)模。”他們的涂層具有巨大的應(yīng)用潛力，包括汽車擋風(fēng)玻璃、后視鏡、滑雪眼鏡和潛水鏡。

（圖片來源：ETH Zurich）

    參考資料

【1】https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2019/03/nanotechnology-and-sunlight-clear-the-way-for-better-visibility.html

【2】Christopher Walker, Efstratios Mitridis, Thomas Kreiner, Hadi Eghlidi, Thomas M. Schutzius, Dimos Poulikakos. Transparent Metasurfaces Counteracting Fogging by Harnessing Sunlight. Nano Letters, 2019; DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04481

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