飛蛾眼睛啟發防眩光屏幕

蛾子眼部的納米結構能夠減少反光從而避免被捕食者發現。

最近，美國和中國臺灣地區的工程師團隊發明了一款新型的增透膜。這款透明薄膜不僅能夠有效提高移動設備在烈日下的可讀性，而且可以適用于柔性屏幕，除此之外，還能起到抗污抗指紋的作用。

然而，這樣一項神奇發明的靈感，竟來源于蛾子——其眼部的納米結構能夠減少反光從而避免被捕食者發現。光線穿透蛾眼的曲面上時會發生折射，當它再次從眼部反射的時候會因為散射而避免亮光的產生。

我們人類自然不必擔心屏幕反光會讓昆蟲的捕食者蠢蠢欲動，但這些晃眼的亮光的確讓人無比心煩。事實上，強光可視性（Sunlight Readability）是評價顯示設備，尤其是移動顯示設備的一項重要指標。通常，手機會自動提高顯示亮度來解決這一問題，但隨之而來的卻是耗電量的劇增。而增透膜或者說減反膜（Anti-reflection Film）則可以通過減少表面反射來顯著增強設備的強光可視性。當然了，防反射和防眩光涂層并不新鮮，但多數都存在這樣那樣的問題，它們要么會降低光線透射率，要么會反射特定波長的光，要么容易損壞，要么昂貴。

因此，能夠使來自某一面的光線發生散射，但從另一面來的光線盡可能穿過的結實、透明的材料，有待開發。

這款“蛾眼”寬帶增透膜的誕生，就是為了在不降低屏幕分辨率的前提下，實現減少眩光、自潔的功能，同時保證成本較低且能夠適配移動設備。其實早前就已經有人從蛾眼中汲取靈感，開發出了用于太陽能電池板的涂層，此外也有利用表面蝕刻來散射光線的類似涂層。

這種單層材料可以通過離心二氧化硅微球溶液獲得，方法可以說相當簡單。然而，想要讓涂層覆蓋整個屏幕依舊是一個不小的挑戰。研究團隊使用了數學模型調整最佳參數，構建出的材料上有著直徑為 100納米的凹痕，彼此相離10納米。直觀來說，相當于1000個這樣的凹痕排成一排，才有一根頭發絲粗細。中佛羅里達大學教授吳詩聰（Shin-Tson Wu）說：“盡管這種蛾眼的結構能夠減少表面反射，但想要用這種納米結構制造像手機或者平板電腦屏幕那么大的增透膜還相當困難。因為這樣的結構太小了，高分辨率和高精度的制造技術十分必要。”

（a）單層二氧化硅（SiO2）納米顆粒的掃描電鏡照片;（b）氫氟酸（HF）酸洗前，三乙酰纖維素（TAC）基底上的納米結構;（c）蛾眼納米結構的俯視掃描電鏡照片;（d）蛾眼納米結構的側視掃描電鏡照片。

一塊典型的iPhone屏幕大概會反射4.4%的光線;而有了這層膜，就能夠只反射0.23%的光線了。這在實際應用上意義重大，在陽光下它能夠令屏幕的對比度提升4倍，而在陰涼處，對比度可提高10倍。

吳教授說：“我們研發的增透膜效果明顯、成本低廉，能夠減少表面反射并提高移動設備的強光可視性。”

不僅如此，蛾眼增透膜的抗污性能也非常優越。一般的觸摸屏都非常容易粘上指紋、皮膚油脂、汗水、灰塵和化妝品等。而具有疏水疏油性質的增透膜則不怕這些問題。它強大自潔能力的秘密就在其納米結構表面的兩性氟烷基分子。研究人員通過靜態懸滴 -水接觸角測試可以判斷屏幕的抗污性能。接觸角是指在固體水平平面上滴一液滴，固體表面上的固-液-氣三相交界點處，其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時所成的角θ。若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好;若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動。而結果表明，相比于普通平面硬涂層，蛾眼納米結構涂層的水接觸角超過 100°，意味著其自潔性能更好。

水接觸角測量：（a）普通平面硬涂層的水接觸角為91.3°;（b）蛾眼結構涂層的水接觸角103.4°。

目前，該納米材料硬度高、柔性好和自潔能力強的優越特性已經展現出了巨大的潛力，有望在移動設備和柔性屏幕等方面獲得廣泛應用。研究人員已經表明其數學模型可以用來優化這一材料，他們也希望進一步挖掘這一新材料的潛能，在強度和柔性之中尋找平衡。