戴上口罩后，如何优雅地佩戴眼镜？

王怡博

戴上口罩之后最大的困扰之一就是，冬天眼镜会起雾。无论是刚走到室外，还是刚进入室内，眼前都顿时一片朦胧。对此，苏黎世联邦理工学院的科学家想出了一种新方法——在一定的光刺激下让镜片自发加热，而无须擦拭它们，以免一些化学品破坏原本的镜片镀膜。

让眼镜自己加热？

这项新技术的特殊之处在于，它模仿了车后窗的除霜器。有车的人应该知道车后窗玻璃上的一条条横线其实是电热丝，目的是通电加热来加快蒸发，以达到除霜/ 雾的效果。不过，相比于人为主动地提供能量（如电能），普利卡科斯和同事想到，可不可以在日常环境中（有一定的光照），就能让镜片的部分区域自行加热以减小温差，从而防止雾气的产生或加快除雾的速度？

“人们通常会用深色表面来吸收光，以将其转变为热量。”普利卡科斯团队的一位博士生埃夫斯特雷克斯·米特里迪斯（Efstratios Mitridis）说道。但我们知道眼镜必须得足够透亮，所以他们需要设计特殊的透明涂层，使其既具备足够高的透光率，也能实现类似于深色表面的效果：吸收足够多的红外线来提高物体温度。

这支研究团队的思路：制备一类超材料涂层使尽可能多的可见光透过，同时尽可能吸收更多的近红外光

科学家已经知道，对于金属纳米颗粒（可以看作一种特殊的等离子体）而言，当金属表面自由电子的振荡频率与入射光的频率相当时就会产生共振，因此会对相应波长的光产生很强的局部吸收作用，同时让其他波长的光透过。其共振频率往往出现在可见光波段内。

如今，在人为制造的一些光学超材料中，科学家往往会将特定形式的纳米粒子嵌在不同的表面上，并通过堆叠形成一类多层结构。他们可以调整纳米粒子的大小、位置和方向，或者改变每一层纳米粒子的厚度，以调控光与纳米粒子之间的相互作用，从而让材料表现出不同的光学性能。例如，使等离子体共振频率拓宽到近红外波段。这也是普利卡科斯的团队最终选择的一种策略。

沿着这种思路，他们在2019年第一次报道了他们所制备的涂层，它由一层二氧化钛与一层金纳米颗粒交替重复堆叠而成。“我们的涂层会吸收太阳光中的红外线以及一部分可见光，” 这项研究的第一作者克里斯托弗· 沃克（Christopher Walker）说，“吸收的光会被转变为热能。”这可以使镜片的温度提高3～4℃，从而缩小导致眼镜起雾的温差。这项研究发表在《Nano Letters》杂志上。

但是， 这一版本的涂层的可见光透过率仅有约36%， 吸收率则达到了30% ～ 40%（以可见光为例，可见光的透过率+ 吸收率+ 反射率=1）。这很有可能会影响镜片的透光率，以及最终的清晰度和失真度。因此，在接下来的3 年里，普利卡科斯和同事一直在试图优化材料结构，以寻找光学效果更好的眼镜涂层。而性质的突变会出现在哪里？

不断改进

逾渗阈值（percolation threshold）以及逾渗现象常常会用在导电复合材料中，这种材料有一个非常重要的特征：它们的导电率会随导电粒子体积分数的增加呈非线性递增，并且在某一个临界值突然增大，变化幅度可达10个数量级以上，然后呈非线性递减。

根据产生逾渗现象的原因，我们或许可以推测，随着纳米金浓度的增加，当这些纳米金形成某种连续网络时，材料的光学性质就突然迅速增加了。这支研究团队就是这么想和做的。他们想要利用这种逾渗概念，找到眼镜涂层的光学性能阈值。

实际上，这层纳米金的薄膜被夹在两层二氧化钛之间，当纳米金薄膜的厚度为4.75纳米时，这种结构的材料拥有最大的近红外光吸收率——约36.9%，同时具备较高的可见光透光率（67.1%），并且几乎不吸收可见光——举例来说，近红外光吸收率= 吸收的近红外光/ 吸收的入射光。

更重要的是，这种新涂层甚至可以在1个太阳光的辐射（经过计算，物理学家已经证实，地球上太阳光辐射的功率密度约为1000瓦特/ 平方米，因此将其简称为1个太阳光辐射）下使眼镜升温8.3℃；即使是在0.6个太阳光辐射下也能升温5.4℃。

研究人员将涂有这种涂层的材料带到了瑞士山上，以进行测试

普利卡科斯和同事甚至将涂有这种涂层的聚酯片/ 二氧化硅晶片带到了瑞士山上，以证实它在恶劣户外条件下的防雾/ 除雾能力。

走向市场

他们对此提交了专利申请并期望能够走向市场。但一想到涂层中的金，你可能就对它望而却步了。

科学家已经提前替你算了一笔账，发现没有那么贵：“由于纳米金薄膜的厚度不到5纳米，所以整体涂层只需要很少的金。具体来说，每平方米的涂层含有100毫克的金，这意味着一副眼镜需要大约0.3毫克的金，换算为美元就是0.017（相当于11.5分人民币）。”这项新研究的第一作者伊万·海希勒（Iwan Haechler）说道。当然，整体涂层以及其他价格未包含在内。

对于这样的价格，会有多少人愿意购买呢？

（本文经授权转载自“把科学带回家”公眾号，有删节）