CN101982802B - 偏光眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种偏光眼镜，包括一镜架及一设置于镜架的镜片，所述镜片包括：一基底层；至少一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜设置于所述基底层，所述碳纳米管膜由多个碳纳米管组成，所述多个碳纳米管通过范德华力首尾相连并沿一个方向择优取向排列。
Description
技术领域
本发明涉及一种眼镜，尤其是一种具有光吸收作用和偏振功能的偏光眼镜。
背景技术
在现实生活中，眼镜对某些眼部疾病及视功能障碍的发生起着重要的防护作用，人们已经逐渐意识到在强光下佩戴眼镜的重要性。眼镜对人眼的防护作用主要包括以下几点：首先，衰减光线强度；当光线很强烈时，它能衰减入射光，不致使眼睛感到不适；一般情况下，高质量的眼镜应在可见光谱范围内具有平坦的吸收率。其次，阻挡有害辐射；例如太阳辐射、激光辐射、焊接光辐射等，尤其是其中的紫外线辐射(UV辐射)，有可能对眼部造成巨大的伤害，导致眼部疾病的发生，例如致光性角结膜炎、白内障、光致性黄斑病变、眼睑损伤等，而通过佩戴眼镜可隔离强光中的紫外线辐射，尤其是对于UVA(315nm～380nm)和UVB(280nm～315nm)紫外线辐射。再次，防止眩光的产生；例如反射性眩光，它是由于光线照射在光滑表面如湿水路面、雪地等产生的镜面反射，从而对人眼产生一种不适。由于反射眩光为部分偏振光或全偏振光，因此具有偏振功能的眼镜可以选择性的吸收某一偏振方向的反射光，从而防止反射性眩光对眼睛造成的不适。
然而现有技术中眼镜只对某些特定波长的光具有较好的吸收隔离作用，但对其它波长的光的吸收较少，并且防止眩光能力较弱，因此，不能有效的降低进入人眼睛中的光线强度，从而导致人眼不适或眼睛损伤。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种在较宽的波谱范围内具有良好的光吸收作用和偏振功能的偏光眼镜。
一种偏光眼镜，包括一镜架及一设置于镜架的镜片，所述镜片包括一基底层，其中，所述镜片进一步包括至少一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜设置于所述基底层，所述碳纳米管膜由多个碳纳米管组成，所述多个碳纳米管通过范德华力首尾相连并沿一个方向择优取向延伸。
与现有技术相比较，本发明所述偏光眼镜的镜片包括至少一碳纳米管膜设置于所述基底层，碳纳米管膜在较宽的波谱范围内，具有平坦的光吸收率，即对于此波谱范围内所有波长的光线均具有良好的吸收作用，可以有效的降低光线对人眼造成的不适，减小对人眼的损害。另外，碳纳米管膜对紫外光波段具有很强的吸收作用，可以起到吸收隔离紫外光的效果。而且碳纳米管膜表现出优良的偏振性能，可以有效的消除偏振眩光，从而使得所述眼镜可有效的降低进入眼镜的光线强度，减轻眼睛的不适。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的偏光眼镜的结构示意图。
图2是本发明第一实施例提供的偏光眼镜中镜片的剖视结构示意图。
图3为本发明实施例提供的偏光眼镜的镜片中碳纳米管沿同一方向择优取向排列的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图4为本发明第二实施例提供的偏光眼镜的结构示意图。
图5、图6为本发明第二实施例提供的偏光眼镜中镜片的结构示意图。
图7为本发明实施例提供的偏光眼镜的镜片中多层碳纳米管膜的透光率与光波长的关系曲线。
图8为本发明实施例提供的偏光眼镜的镜片中多层碳纳米管膜的偏振度与光波长的关系曲线。
主要元件符号说明
偏光眼镜 10，20
镜架 12，22
镜片 14，24
保护层 15
碳纳米管膜 16，26
基底层 18，28
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明的偏光眼镜。
请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种偏光眼镜10，该偏光眼镜10包括一镜架12及设置于镜架12上的镜片14，该镜片14包括一基底层18及至少一碳纳米管膜16，所述至少一碳纳米管膜16设置于所述基底层18的一表面作为光吸收层。
进一步的，所述镜片14包括一保护层15，所述保护层15设置于所述碳纳米管膜16远离基底层18的表面。所述保护层15的材料为一透明高分子材料，可以是热塑性聚合物或热固性聚合物中的一种或多种，如纤维素、聚对苯二甲酸乙酯、压克力树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、环氧树脂、硅胶及聚酯等中的一种或多种。本实施例中，该保护层15的材料为环氧树脂，其厚度为200微米，可以防止碳纳米管膜16脱落或损伤。
所述基底层18形状面积不限，可根据实际需要制备，其具有一定的机械强度，可支撑所述碳纳米管膜16；另外，所述基底层18是透明的，具有一定的透光度。优选的，所述基底层18还具有一定的柔韧性。该基底层18在使用时可根据所镜架12的需要进行剪切、弯折，其厚度为0.5毫米至3毫米。该基底层18的材料为一透明高分子材料，可为玻璃、聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、苯丙环丁烯(BCB)或聚环烯烃。本实施例中，所述基底层18为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，厚度为1.2毫米，透光率为92％。
请参见图3，所述碳纳米管膜16总的厚度为0.5纳米～100微米。本实施例中，碳纳米管膜16的厚度为10微米。所述碳纳米管膜16是由多个碳纳米管组成，为一自支撑结构。所述自支撑结构是指碳纳米管膜16不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜16置于(或固定于)间隔距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜16能够悬空保持自身膜状状态。由于所述碳纳米管膜16为一自支撑结构，所述碳纳米管膜16中的碳纳米管相互连接结合形成一个整体，因此该碳纳米管膜16是以一个整体的形式复合于所述基底层18而与所述基底层18形成一整体结构。
所述多个碳纳米管为沿同一方向择优取向延伸。所述择优取向是指在碳纳米管膜16中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜16的表面。进一步地，所述碳纳米管膜16中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜16中基本朝同一方向延伸的每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。
该碳纳米管膜16中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米～15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。碳纳米管的长度大于50微米，优选地，碳纳米管的长度为200～900微米。
该碳纳米管膜16可为碳纳米管拉膜或碳纳米管碾压膜等。本实施例所述碳纳米管膜16为碳纳米管拉膜，所述碳纳米管膜16中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。
所述碳纳米管拉膜可通过从碳纳米管阵列直接拉取获得。从碳纳米管阵列中拉取获得所述碳纳米管拉膜的具体方法包括：(a)利用拉伸工具从所述碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该碳纳米管阵列以选定具有一定宽度的一碳纳米管片段；(b)通过移动该拉伸工具，以一定速度拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管拉膜。该多个碳纳米管相互并排使该碳纳米管片段具有一定宽度。当该被选定的碳纳米管片段在拉力作用下沿拉取方向逐渐脱离碳纳米管阵列的生长基底的同时，由于范德华力作用，与该选定的碳纳米管片段相邻的其他碳纳米管片段首尾相连地相继地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度和择优取向的碳纳米管拉膜。所述碳纳米管拉膜及其制备方法请参见2007年2月9申请的，2010年5月26日公告的，公告号为CN101239712B的中国发明专利申请公开说明书。
当所述镜片14包括多层碳纳米管膜16时，该多层碳纳米管膜16可以层叠交叉设置，即相邻两层碳纳米管膜16结构中的碳纳米管的择优取向延伸方向形成一夹角α，其中0°≤α≤90°。当α＝0°时，所述相邻两层碳纳米管膜16可称之为彼此同向排列，此时镜片14能够吸收偏振方向垂直于碳纳米管延伸方向上的偏振光；当α＝90°时，所述相邻两层碳纳米管膜16可称之为彼此垂直排列，此时镜片14对于各个方向的偏振光具有相同的吸收率。
所述镜片14中碳纳米管膜16的层数可为1～12层，相应的，在此情况下随着碳纳米管膜16层数的增加，所述镜片14在可见光与红外光波段的光吸收率为15％～80％，并且所述镜片14在此波段具有非常平坦的光吸收率；另外，所述镜片14对UVA和UVB紫外光的光吸收率均为50％～90％；所述镜片14的偏振度为0.2～0.98。
本实施例中所述碳纳米管膜优选为10层，所述相邻两层碳纳米管膜16彼此同向排列，即每两层相邻的碳纳米管膜16中的碳纳米管择优取向延伸的方向之间的夹角为0°。在此情况下，所述镜片14在可见光与红外光波段光的光吸收率约为75％左右，而且所述镜片14在此波段具有非常平坦的光吸收率。另外，所述镜片14在UVA和UVB紫外光的光吸收率超过90％。所述镜片14在此情况下的偏振度超过0.95，可以有效的吸收平行于此偏振方向上的入射光。由此可见，该多层碳纳米管膜16对光具有良好的光吸收率，从而使得所述镜片14具有良好的光吸收效果。
本实施例所述的偏光眼镜10中，所述镜片14可通过以下方法制备：首先，提供一基底层18；其次，提供至少一碳纳米管膜16，并将所述碳纳米管膜16贴覆于所述基底层18表面；再次，提供一保护层15，所述保护层15可通过沉积法等沉积于所述碳纳米管膜16远离基底层18的表面从而形成一体化结构；最后，对所述一体化结构进行裁剪得到所述镜片14。
如图4、图5及图6所示，本发明第二实施例提供一种偏光眼镜20，该偏光眼镜20包括一镜架22及设置于镜架上的镜片24，该镜片24包括一基底层28及至少一碳纳米管膜26，本实施例偏光眼镜20与第一实施例偏光眼镜10的区别在于，所述至少一碳纳米管膜26复合于所述基底层28中，所述复合是指所述碳纳米管膜26在厚度方向嵌设于所述基底层28中。由于所述至少一碳纳米管膜26复合于所述基底层28中，因此所述镜片24可不需要保护层。
如图5及如图6所示，进一步的，所述碳纳米管膜26的个数可为多个，此时，所述多个碳纳米管膜26可平行于基底层28表面层叠设置，所述多个碳纳米管膜26可紧密层叠排列形成一整体结构，或者，所述多个碳纳米管膜26相互平行且间隔设置。优选的，本实施例中所述多个碳纳米管膜26相互平行且间隔设置，且间隔距离相等，并且相邻两碳纳米管膜26彼此同向排列，即所述碳纳米管膜26中的碳纳米管基本沿同一个方向延伸。
图5所示的镜片24的制备可以通过以下方法实现：第一步，提供一基底层18；第二步，提供至少一碳纳米管膜16，并将所述碳纳米管膜16贴覆于所述基底层18表面；第三步，再提供一基底层18，将所述基底层18贴覆于所述碳纳米管膜16的表面；第四步，再通过热压的压印工艺使所述碳纳米管膜16和基底层18形成一体化结构，对所述一体化结构进行裁剪得到所述镜片14。
图6所示的镜片24的制备方法与图5所示的镜片24的制备方法基本相同：第一步，提供一基底层18；第二步，提供至少一碳纳米管膜16，并将所述碳纳米管膜16贴覆于所述基底层18表面；第三步，再提供另一基底层18，将所述基底层18贴覆于所述碳纳米管膜16未贴敷基底层18的表面；第四步，在第三步的基础上重复第二步及第三步；第五步，再通过热压的压印工艺使所述碳纳米管膜16和基底层18形成一体化结构，对所述一体化结构进行裁剪得到所述镜片14。
由于碳纳米管膜26中的碳纳米管之间存在很多间隙。因此当将该碳纳米管膜26设置于所述基底层28中时，基底层28的材料将渗透进入所述碳纳米管之间的间隙中，从而所述碳纳米管膜26可以和基底层28形成一体结构，可使得所述镜片24透光更加均匀并且具有较高的强度。另外，由于所述多层碳纳米管膜26相互间隔设置于基底层28中，这种多层间隔设置的碳纳米管膜26可以多次吸收入射光，从而使得本发明中的偏光眼镜20具有更好的光吸收效果。
如图7、图8所示，由于碳纳米管膜中的碳纳米管具有良好的光吸收特性，并且在对于各个波段的光均具有良好的吸收特性，尤其是在可见光及红外光波段，具有平坦的光吸收率。而且，碳纳米管膜中的碳纳米管对紫外光具有很高的吸收率，尤其是对于UVA及UVB紫外线具有一个很强的吸收峰，可以有效的隔离入射光中的紫外线。因此，采用所述碳纳米管膜的偏光眼镜亦具有良好的光吸收效果。另外，由于碳纳米管膜中的多个碳纳米管趋向于沿同一方向延伸，因此碳纳米管膜具有偏光特性，并且随着碳纳米管膜层数的增加，镜片的偏振度也进一步增加，可进一步隔离偏振方向平行于碳纳米管延伸方向上的入射光。
此外，由于碳纳米管膜具有良好的强度及韧性，由此制备的镜片具有较高的强度及韧性，即使偏光眼镜摔落或受到强力冲击，镜片仍然不会碎裂成小块而是保持整体结构开裂。
可以理解，所述偏光眼镜中镜片的光吸收率随着设置于所述基底层的碳纳米管膜的层数增加而增加，所需碳纳米管膜的层数可根据实际环境的需要进行选择。
所述偏光眼镜包括设置于基底层中的至少一碳纳米管膜，碳纳米管膜由多个碳纳米管组成，并且多个碳纳米管首尾相连基本沿一个方向择优取向延伸，由于碳纳米管具有良好的光吸收率，使得所述碳纳米管膜在非常宽的波谱范围内，尤其是在可见光与红外光波段，具有平坦的光吸收率；另外，碳纳米管膜对紫外线波段也具有很强的光吸收作用，使得所述偏光眼镜可有效的避免眼睛受到强光的刺激，具有良好的强光防护作用。而且，由于碳纳米管膜具有优良的偏振性能，可以根据不同的平铺方式获得不同的偏振效果，从而有效的消除偏振眩光对人眼的损害。另外，由于碳纳米管膜具有良好的强度及韧性，因此，所述碳纳米管膜与所述基底层复合后极大地增强了镜片的强度，进而增强了该偏光眼镜的强度并且保持一定的韧性。根据实际环境需求，所需碳纳米管膜的层数可作相应的变化，从而得到具有特定光吸收率和偏振功能的偏光眼镜。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (11)
1.一种偏光眼镜，包括一镜架及设置于所述镜架上的一镜片，所述镜片包括一基底层，其特征在于，所述镜片进一步包括至少一碳纳米管膜，所述至少一碳纳米管膜复合于所述基底层中，所述碳纳米管膜由多个碳纳米管组成，所述多个碳纳米管沿一个方向择优取向延伸。
2.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述碳纳米管膜中大多数的碳纳米管延伸方向基本平行于所述碳纳米管膜表面。
3.如权利要求2所述的偏光眼镜，其特征在于，所述碳纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。
4.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述镜片包括多个层叠设置的碳纳米管膜，所述多个碳纳米管膜中相邻两层碳纳米管膜彼此同向排列，相邻两层碳纳米管膜中碳纳米管基本沿同一方向延伸。
5.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述镜片包括多个层叠设置的碳纳米管膜，所述多个碳纳米管膜中相邻两层碳纳米管膜彼此垂直排列，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向垂直。
6.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述碳纳米管膜的层数为1～12层。
7.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述镜片在可见光及红外光波段的光吸收率均为15％～80％。
8.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜在厚度方向上嵌设于所述基底层中。
9.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述镜片包括多个层叠设置的碳纳米管膜，所述多个碳纳米管膜紧密层叠排列形成一整体结构。
10.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述镜片包括多个碳纳米管膜，所述多个碳纳米管膜平行于基底层表面且相互间隔设置。
11.如权利要求1所述的偏光眼镜，其特征在于，所述基底层的材料渗透进入所述碳纳米管之间的间隙中形成一体结构。
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