镜子防雾做得好,定能洗个痛快澡

熟悉的北京,车水马龙,热闹熙攘,而京都的街道实在安静,以至于我拖动行李箱的声音都像是在扰民。在日本旅行,我发现了很多使生活舒适的小细节。例如,酒店浴室的镜子,在洗完澡的氤氲水气中,竟然完全没有起雾!

旅行结束回到家,我一头扎进浴室洗澡解乏。当我站在自家浴室镜子前面时,却什么都看不清。奇怪,家里的镜子为何这么不给力呢?

图:giphy

镜子防雾,加热就行

镜子之所以会起雾,是因为洗澡时,空气中有大量高于室内温度的水蒸气。这些水蒸气飘啊飘啊,来到浴室镜子处。此时镜面温度比水蒸气温度低,水蒸气好比遇到避暑胜地,迅速冷凝析出小水珠。这些粘附于镜面的小水珠,就像一个个小透镜,使光线发生折射和反射,从而降低镜子的清晰度,影响视线。

但是,日本酒店的镜子在洗完澡时却不会起雾,背后确实有小把戏——在镜子后面安装加热装置。这使得镜子的温度升高,当镜子温度高过周围水蒸气的凝结点,水蒸气就不会在镜面凝结,镜子也就不会朦朦胧胧了。

可是,在自己家里那老旧、潮湿的浴室里,给镜子安装加热装置,需要大兴土木,操作得不好还可能带有安全隐患吧……那除了加热,还有哪些方法可以防止镜子起雾呢?

事实上,镜子之所以起雾,除了要存在一定的温度差和湿度差,还需要第二个至关重要的条件,那就是镜子本身的性质。即使水蒸气冷凝成了水滴,可要是镜子不愿意留住水滴,那这镜子也起不来雾。

加热防雾镜是利用了起雾的第一个条件,我们还可以从第二个条件入手,阻止镜子起雾。

改变镜面的“润湿性质”

镜子表面能否留住、以及如何留住小水滴,要看镜面的“润湿性质”。

一滴水,在干净的玻璃上,会铺展成水膜;而在荷叶的表面,就会形成一颗可以滚动的小水珠。在不同的固体表面上,水滴为什么会表现出不同的形状呢? 

因为就在液体和固体接触的那一小块地方里,有着液体自身的表面张力,固体的表面张力,空气的表面张力……这些力在固液气三相接触的界面上彼此较量,达到平衡,就决定了液体的形状。

对于水滴与固体表面之间的夹角,我们叫它接触角。接触角在一定程度上反映了固体表面的“润湿性质”,也就决定了水珠在其上的状态。

对于某一固体表面上,当水的接触角趋于0o时,水珠容易铺展成水膜,这种表面的润湿性质就是超亲水(顾名思义,超级亲水);当水的接触角大于150o时,水珠就变成圆滚滚,这种表面的润湿性质就是超疏水(不喜欢水,走开走开)。

水滴形状与接触角

对于那些不便使用加热防雾的情况,我们就可以考虑从超亲水、超疏水的角度出发。

事实上,镜子起雾,恰恰是因为镜子的表面“两不靠”,既没有亲水到完全变成水膜,也没有厌水到水珠极易滚落。而我们要做的,就是把镜子表面变得更极端一点。

目前最有应用前景的,是用二氧化钛把镜面变成超亲水状态。

超亲水防雾,超“厌水”也防雾

纳米级别的二氧化钛(TiO2)具有优异的防雾性能。透明玻璃表面涂上一层TiO2,经紫外光照射后,TiO2会转变为超亲水状态。这就克服了水的表面张力,增加了水和玻璃之间的吸引力,使水滴形成均匀的水膜。均匀水膜若有似无,大大减少了光线的漫散射,从而保证镜子的高透明度,也就不容易起雾。

此外,TiO2还有自清洁的特点。表面的超亲水性使附着在其表面的水分形成水膜,渗入污垢与二氧化钛之间的界面,使污垢的附着力大幅降低,在受到水流冲力作用时,污垢就能自动从表面剥离下来。

TiO2涂层在紫外光下(右侧)透明度大大提高,图:Nature

可是,一旦光照停止,TiO2神仙镜面会像12点钟声后的灰姑娘一样回到原来的模样吗?在TiO2中加入亲水性的二氧化硅解决了这一问题。超亲水状态下,二氧化硅像一个个吸水小海绵,把亲水的TiO2通过吸附得来的水,紧紧吸住。在停止光照后,TiO2本想变成原来的疏水模样,奈何身旁全是小海绵,小海绵里全是水。这下,即使是黑暗来临,TiO2也照样亲水防雾。

二氧化钛因其催化性能好,化学性质稳定,无毒,来源丰富且价格低廉而在防雾应用中占有绝对优势。目前,国内外都有知名公司致力于二氧化钛防雾的相关研究。

利用了同样的原理,还可以在镜面上涂覆亲水性的表面活性剂。有一些市售的小分子表面活性剂,亲水高分子防雾剂等,就是从这一角度出发的。还有妈妈告诉我们在镜面上涂肥皂水,也是同样的思路。

图:giphy

防雾方法有亲水的,还有疏水的。不妨先回想一下荷叶,水滴在荷叶表面是一个个圆滚滚小水珠,一碰就滚落了,就是因为荷叶是超疏水的表面。

我们可以在镜面涂覆有机硅烷类或含氟涂料,使镜面产生荷叶效应。水蒸气冷凝析出水珠后,水珠不容易粘在疏水的镜面上,靠自身重力就可以滚落脱离镜面,因此同样可以防雾。

值得一提的是,超疏水表面的应用范围可是非常广的,除了防雾,还可以防结冰、自清洁、耐腐蚀、以及控制水滴在表面的行为等。比如,国家大剧院外墙就是利用超疏水性质实现自清洁的。

浴室镜子、护目镜、潜水镜、车辆挡风玻璃等材料,给日常生活带来了极大的便利。防雾技术、防雾材料的研究自然也备受关注。也许有一天,烦人的起雾问题都会得到解决。到时,节能的浴室防雾镜一定会变得非常普遍,洗完痛快澡,可不必再擦镜子了。(编辑:游识猷,Cloud,窗敲雨)

题图来源:电影La La Land
The End

发布于2019-04-14, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Vivian

兴趣广泛的物理化学专业博士

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