南大教授研发出一款透明哑光表面

南大教授研发出一款透明哑光表面

窗户实现单向“隐形”，玻璃变高清显示屏

南报网讯（记者何洁实习生王凌云）一辆从外部看起来完全没有窗户的汽车，里面的驾驶员却可以毫无阻碍地看到车外的风景；一间四面都被墙壁包围的房子，当里面的人向外看时，墙壁却好像是透明玻璃一样，透过它可以惬意欣赏墙外的风景……近日，南京大学物理学院赖耘、彭茹雯和王牧合作团队的新发现有望实现上述科幻般的场景，他们设计出一种透明哑光表面，实现哑光外貌的同时保留了良好的透明性。这项研究成果在国际权威期刊《科学进展》上发表。

这一科研成果的灵感，源于南京大学物理学院赖耘教授2018年的一次乘车经历。当时强烈的眩光经过前车的后窗玻璃反射，刺得他几乎无法睁开眼睛。一个想法在赖耘脑海里闪现：能否在保证玻璃高透明性的同时尽量减少玻璃的镜面反射率，从而消除眩光这种光污染呢？

在传统光学中，一个历史悠久的难题是透明性与哑光外貌之间的矛盾。比如常见的纸张、木头、墙面，由于粗糙表面形成了漫反射，将光线向四面八方反射，虽然消除了倒影和眩光，但透明程度大幅下降。“若要解决这些问题，就要将透射跟反射分开调控，在尽可能保持透射的前提下消除镜面反射。”赖耘告诉记者。

2021年，赖耘及其合作团队首次将光学互易性和空间反演对称原理结合运用，设计出无序翻转超表面，由两个结构单元随机翻转排布组成，打破了透射光和反射光之间的关联，既消除了反射倒影，又像透明玻璃一样可以清晰地看见后面的物品。然而这种超表面的漫反射的效果是随着光的频率而变化，而且最小特征尺寸约为100纳米，难以加工出正常尺寸大小并应用到生活中。

为了克服上述难题，赖耘和团队继续探索了3年，终于在今年取得了突破性进展，他们利用工业级光刻技术制作出了直径为10厘米的透明哑光表面。“透明哑光表面覆盖上了两层互补的随机分布金属反射片，金属材质选用生活中常用的钛、铝、金等，金属片的厚度设置在25纳米左右，横向尺寸放大到900纳米。”赖耘说，透明哑光表面仿佛为窗户披上了一层金属外衣，外侧呈现出粗糙金属的哑光材质特点，内侧却可以清晰看见外界，实现单向“隐形”效果。

如何能覆盖到全频率可见光？“若在这个表面上覆盖薄层电介质，介质表面与金属片会产生光的干涉效果，导致漫反射带宽覆盖了整个可见光波段。”赖耘说，实验结果出乎意料的好，具有该表面的玻璃，可以在整个可见光波段保持完美透明性的同时展现出如粗糙物体表面一般的哑光外貌，镜面反射率约1%，仅占总反射率的几十分之一。

论文中还展示了一个有趣的实验：这种透明哑光表面的高清显示和增强现实技术。透明哑光表面的漫反射类似于电影院的幕布功能，可变成高清透明显示屏，摄像头透过透明哑光表面获取其后的物体图像信息，通过图像识别系统识别出物体，再将物体的信息投影在透明哑光表面上，实现了一种简单的增强现实应用。

赖耘表示，这类新型的光学材料在隐形、成像和显示等领域有广泛的应用前景，有望实现一系列前所未有的新应用，基于具有哑光外貌的透明窗户，可以更自由地设计车辆、房屋的外观，实现“无窗”却可透视的科幻场景；而结合投影技术，则有望用较低的成本实现大面积的动态高清透明显示，推动车载显示、橱窗显示、增强现实等科技的发展。