眼鏡起霧有望改善？科學(xué)家開發(fā)新型多功能涂層

眼鏡起霧是一件讓人頭疼不已的事情，特別是在疫情大流行的當(dāng)下，時(shí)常佩戴口罩使眼鏡起霧更加頻繁。

通常，人們使用防霧噴霧劑和濕巾解決這種問題，但這種方法受細(xì)菌、污垢等影響，需要時(shí)常更換。因此，這并不是解決眼鏡起霧問題的“長久之計(jì)”。

科學(xué)家們嘗試從塑料防霧涂層解決，但其仍未被大規(guī)模應(yīng)用的“瓶頸”問題是涂層生產(chǎn)周期過長以及持久性不佳。簡單來說，塑料表面和涂層二者的粘附性不夠強(qiáng)。

為解決上述問題，新加坡南洋理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種全新的透明薄涂層，將它用在塑料鏡片表面，不僅不會(huì)產(chǎn)生起霧現(xiàn)象，還能在陽光（紫外線）條件下進(jìn)行“自清潔”。

2021年12月22日，相關(guān)論文以《透明的機(jī)械堅(jiān)固的多功能防霧涂層》為題發(fā)表在Applied Surface Science上。

相關(guān)論文

從左至右為陳忠教授、博士生孫曄、拉杰迪普·辛格·拉瓦特教授

該論文共同通訊作者、新加坡南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳忠教授認(rèn)為，這種新型涂層的耐擦拭及“自清潔”能力是該技術(shù)的最大優(yōu)勢。

那么，這種新型涂層是如何起到防霧效果和“自清潔”的呢？

具體來說，首先，這種新型透明涂層是雙層二氧化硅/二氧化鈦，它在聚碳酸酯基底上形成。該技術(shù)采用與工業(yè)清潔表面相同的方法，即室溫氧等離子體處理。通過氧等離子體處理改變了聚合物表面化學(xué)性質(zhì)，使其二氧化碳與抗霧涂層的附著力增強(qiáng)。

其次，薄膜是通過脈沖激光聚焦在涂層目標(biāo)材料上蒸發(fā)沉積而成，其厚度及特性可通過參數(shù)來調(diào)控。

新型涂層還表現(xiàn)出超親水性，通過光催化降解亞甲基藍(lán)和油酸，證明了其自清洗能力。研究人員通過交叉劃痕和擦拭磨損實(shí)驗(yàn)，證明了該涂層的附著力較強(qiáng)和機(jī)械堅(jiān)固性。

無涂層（左）與涂層在熱水上方的起霧效果對比

此外，該涂層還具有光催化能力，這意味著它可利用陽光（紫外線）照射和細(xì)菌、污垢等發(fā)生反應(yīng)，并可有效去除殘留物，達(dá)到“自我清潔”的效果。

在實(shí)驗(yàn)室測試中，經(jīng)過24小時(shí)的紫外線照射，這種新型涂層可將塑料表面的污染物（細(xì)菌、污垢）進(jìn)行分解，表面該涂層具有“自清潔”能力，并可持久保持。

對此，該論文第一作者、新加坡南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生孫曄表示，新型涂層的成分二氧化鈦具備光催化能力，可以在紫外線照射下將有機(jī)物進(jìn)行分解。因此，只要照過陽光（紫外線）便能一直保持防霧的特性。這種實(shí)現(xiàn)途徑與以往研究相比實(shí)現(xiàn)得更快、更簡單。

據(jù)悉，該研究最大的難點(diǎn)是研究人員需要不停地調(diào)試實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以達(dá)到理想的表征。該團(tuán)隊(duì)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種新型涂層具備抗反射性，相關(guān)測試結(jié)果顯示，在普通塑料鏡片上的可見光透光率為89%，與無涂層的同一鏡片相比，其透光率高約5%。

更高的可見光透光率意味著，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，使用新型涂層的透鏡表面將實(shí)現(xiàn)更高的清晰度，為解決透鏡的起霧問題提供了新方法。

這種新型涂層的應(yīng)用除了眼鏡，還包括醫(yī)療、交通、能源領(lǐng)域等，例如醫(yī)用護(hù)目鏡、顯示器、監(jiān)視攝像頭、路鏡、汽車反光鏡等。

在塑料表面有5μL的水滴的光學(xué)圖像，水在100ms范圍內(nèi)的擴(kuò)散行為

該論文共同通訊作者、新加坡南洋理工大學(xué)國家教育研究所自然科學(xué)與科學(xué)教育學(xué)術(shù)小組負(fù)責(zé)人拉杰迪普·辛格·拉瓦特教授對媒體表示：“我們的創(chuàng)新很有希望用于各種光學(xué)元件的工業(yè)應(yīng)用，例如，相機(jī)攝像頭保護(hù)罩。涂層‘自清潔’的能力使其成為一個(gè)低維護(hù)和無故障的解決方案，使覆蓋物可能較少地被表面的污垢所掩蓋，為攝像頭提供了更清晰的視野。”

目前，該技術(shù)已申請新加坡的相關(guān)專利。下一步，該團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步優(yōu)化各項(xiàng)可靠性指標(biāo)，并在嘗試將這種新技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化落地，正與相關(guān)公司接洽合作事宜。