飛蛾眼睛啟發防眩光屏幕

最近，美國和台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，而且可以適用於柔性屏幕，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，竟來源於蛾子——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。

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儘可能穿過的結實、透明的材料，有待開發。

這款「蛾眼」寬頻增透膜的誕生，就是為了在不降低屏幕解析度的前提下，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，開發出了用於太陽能電池板的塗層，此外也有利用表面蝕刻來散射光線的類似塗層。

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，想要讓塗層覆蓋整個屏幕依舊是一個不小的挑戰。研究團隊構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，相當於1000個這樣的凹痕排成一排，才有一根頭髮絲粗細。中佛羅里達大學教授吳詩聰（Shin-Tson Wu）說：「儘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製造像手機或者平板電腦屏幕那麼大的增透膜還相當困難。因為這樣的結構太小了，高解析度和高精度的製造技術十分必要。」

（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，三乙醯纖維素（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，能夠減少表面反射並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，相比於普通平面硬塗層，蛾眼納米結構塗層的水接觸角超過100°，意味著其自潔性能更好。

測量接觸角示意圖，圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle

水接觸角測量：（a）普通平面硬塗層的水接觸角為91.3°；（b）蛾眼結構塗層的水接觸角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。

撰文 | Mike McRae

翻譯 | 秦琪凱

審校 | 王妍琳

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