淺談太陽眼鏡

生活科學趣談

影片中測試紫外線的黏土含有之感光變色材料就是螺吡喃(請參考這篇→紫外線測試卡

有別於傳統的防紫外線有色鏡片或是光致變色太陽眼鏡,這種能阻擋紫外線的透明鏡片是樹脂鏡片CR-39。它在可見光譜中是透明的,但是幾乎能完全阻擋紫外線。下圖的虛線是這種樹脂鏡片在不同波長下的透光率,在光子能量較高的 UVB 完全不透光;實線則是製作精密透鏡的冕牌玻璃,其在UVB仍能部分透射

不過這種樹脂鏡片雖能阻擋紫外線,但是豔陽下的可見光強度仍會刺激眼睛。因此在戶外環境會變得深色而在室內環境則保持透明的光致變色鏡片,就成為近視朋友們的最愛了,畢竟這比外罩式或是掀蓋夾片式要方便多了。這種光致變色效果是由加在鏡片的化學物質所造成,在玻璃與塑膠上有不同的做法。先來聊聊在樹脂鏡片與 PC 鏡片(Polycarbonate,聚碳酸酯)的光致變色機制:

在這種鏡片上的外表層若嵌入 萘並吡喃(Naphthopyrans)的感光變色材料,由於分子結構中有一個含氧的吡喃環(Pyran)

其原本是無色的,在紫外光照射後,吡喃環會開環形成共軛體系從而發色。就如同上一篇的螺吡喃(Spiropyran)在紫外線照射下的開環

由於鏡片內的萘並吡喃只會對紫外光有反應而變黑,戶外光源是太陽,陽光含有的紫外光就會令鏡片變黑。但是若處於車內,由於大部分 UVB 會被車窗玻璃(鈉鈣玻璃)所阻擋,因此車內的紫外光含量遠低於陽光,在車內這種眼鏡的顏色並不會變深。

至於玻璃材質的變色太陽眼鏡,是在玻璃基質中摻入微晶結構(小於0.1微米)的氯化銀,當它受紫外線或短波可見光照射時,銀離子還原為銀原子,若干銀原子聚集成膠體而使玻璃顯色。這就讓我回想起當年唸國中時,教到硝酸銀與氯化鈉溶液混合時會產生白色的氯化銀,理化老師當時說可以把這個氯化銀塗在白紙上,然後用黑色卡紙剪出簍空圖案來蓋在這張白紙上,接著拿去曬太陽。記得當時曬好照片後,每個同學都發現手變黑了,好幾個星期都無法褪色^^。

回歸正題,這種變色玻璃當光照停止後,在熱輻射或長波可見光照射下,銀原子又變成銀離子而退色。這種鹵化銀變色玻璃的特點是不容易疲勞,可經歷30萬次以上明暗變化後依然不失效;比起使用萘並吡喃所製作的樹脂鏡片與 PC 鏡片之使用壽命僅三年還耐用

最後來聊聊精選照片這種完全看不到眼神的水銀鏡面(mirror coating)太陽眼鏡,其實這是鍍銀而不是水銀,可參考先前這篇→無電極電鍍

鍍銀如果鍍的薄那就是半透鏡(Pellicle Mirror),可允許入射光部分透射且部分反射,這就令我回想起曾協助公視流言追追追所拍攝的【雙向鏡】

流言現場

雙向鏡的破解

雙向鏡的應用

玻璃表面鍍上半透鍍膜時,就會形成雙向鏡。白天透過教室玻璃觀看窗外,我們看不見自己由玻璃表面反射的虛像;但是晚上教室內開燈時,就可以看見自己的虛像。這是因為戶外的黑暗背景,才能襯托出低反射率的玻璃表面所反射之像。由於雙向鏡具有這種隱匿觀察者的特性,在警方訊問室若裝設此裝置,讓鏡後的證人由於身處暗處,就不會被訊問室內的嫌疑犯所看見,如此即可保護證人身份不曝光。

在雙向鏡後方放入液晶螢幕並與電腦(或chromecast)連結時,即可顯示手機畫面

若是在鏡後加入攝影鏡頭,配合藍牙遙控器則可在梳妝時同步拍照(註:觸控功能須使用 Touchscreen Smart Mirror

有興趣DIY的朋友們可參考下列這則教學影片↓

如果平板有S-Pen,即可使用電磁感應方式來操控平板的各項功能