CN103502875A - 电-热防雾光学器件 - Google Patents

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Abstract

描述了包括由透明的、导电的涂层组合物形成的涂层的器件。所述的涂层可以作为有效的防雾涂层，用来防止水蒸汽在表面上凝聚成液滴。所述的涂层包括导电聚合物和官能化的碳纳米结构，并且可以使用过渡金属交联剂来进行交联。所述的组合物可以涂布在表面上，所述的表面用于可视化的应用中，例如护面罩、眼镜、防护眼镜、护目镜、目镜等等，从而防止表面上起雾。

Description

电-热防雾光学器件
背景技术
在医学和工业应用两者中，光学眼镜、护目镜、护面罩和其他光学器件的使用中一直伴随的问题是观察基片的起雾。由穿戴者呼出的温暖、潮湿的空气会在接近使用者的鼻子或者嘴的相对冷的表面上凝结。冷凝物液滴会使观察表面起雾，这可能严重地损害视觉。
已经尝试了不同的方法来减轻由于护目镜和眼镜上起雾导致的问题，例如，已经描述了用于表面的惰性涂层，所述的惰性涂层通过吸收水分和/或使水分在表面散布，来消除引起起雾的液滴的形成。惰性涂层的实例描述在第4,767,671号和第5,668,618号美国专利中。最近，提出了用于防止凝结物导致表面雾化或起雾的主动方法。例如，第6,470,696号美国专利描述了包括两个热传感器的装置，一个与表面接触，另一个和冷却装置接触。该装置还包括湿度传感器。当湿度传感器根据热传感器的读数指示凝结物存在时，电路导致凝结物去除机制被激活，来从表面上除去液体。在另一个实例中，第DE 3323670号德国公开文件描述了遮阳板（visor），所述的遮阳板包括连接到遮阳板的导电材料带，以及用于和电源电连通以通过带加热遮阳板并且防止遮阳板的雾化的末端。
尽管有上面描述的现有技术中的改进，但是仍有进一步改进的余地。现有技术中需要的是用于防止凝结的活性涂层，例如用于防止表面上起雾的活性涂层。
发明概述
根据一个实施方案，公开了光学器件，所述光学器件包括透明镜片、所述透明镜片的表面上的导电透明层和电源。所述导电透明层包括交联网络，所述交联网络包括聚噻吩、噻吩官能化的碳基纳米结构和过渡金属交联剂。除此之外，电源与导电透明层处于电连通。
还公开了基片，所述基片限定出第一表面并且包括在所述第一表面上的导电透明层，所述导电透明层包括交联网络，所述交联网络包括聚（3,4-乙烯-二氧噻吩）（PEDOT）、聚苯乙烯磺酸（PSS）、噻吩衍生化的碳纳米管和过渡金属交联剂。
附图简述
在说明书的剩余部分中描述了主题对于本领域技术人员而言完整的和能够实施的公开，包括了其最佳方式，此描述参照所附的图，其中：
图1是本文所描述的包括了涂层的一副护目镜的示意图；
图2从图像上说明了通过使用如本文所描述的涂层组合物，聚碳酸酯表面的温度上升。
代表性的实施方案的详细描述
在此详细参照所公开的主题的不同实施方案，其中的一个或多个实例在下文中给出。各个实例以解释的方式而非限定的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员而言明显的是，可以在不背离主题的范围或精神的情况下进行不同的修改和变化。例如，作为一个实施方案的部分说明或者描述的特征可以用于另一个实施方案中，来得到再另外的实施方案。因此，本公开文本旨在涵盖在所附的权利要求及其等价物的范围内的该修改和变化。
本发明涉及光学器件，所述的光学器件包括用于防止表面起雾的表面上的活性层。所述的层是由包括了导电聚合物和官能化的碳基纳米结构形成的。所述的官能化的碳基纳米结构可以改进层的电特性，所述的改进超过了导电聚合物单独所能达到的程度。为了提供进一步的改进，所述的组合物包括过渡金属交联剂，所述的过渡金属交联剂可以与导电聚合物和官能化的碳基纳米结构两者形成复合物。由组合物形成的层与过渡金属化合物交联。因此，交联的基质包括导电聚合物、碳基纳米结构和过渡金属交联剂，其全部可以是彼此电连通的。由于碳基纳米结构复合在交联网络内，并且不仅仅与层的聚合物共混，因此可以得到改进的电接触。这可以在低的碳基纳米结构添加水平（add-on level）的情况下提供具有优秀电特性的层。在一个实施方案中，可以将抗刮擦硬涂层溶液材料与组合物的其他组分合并，来改进层的抗损伤和抗磨损性，而不会不利地影响层的电特性。
交联的层可以与电源处于电连通来构成电路。流过该电路的电流可以导致表面温度的上升，这可以防止表面起雾。因此，在表面上包括了该层的透明基片可以在光学器件中有益地使用，所述的光学器件如护目镜、光学眼镜、安全眼镜、焊接镜片（固定式和可调式墨镜）、遮阳板、护面罩等等。
如本文所使用的，术语“起雾”是指在表面上凝结，从而使通过该表面如透明的镜片中的可视化受到损害，或者使表面本身可视化的能力受到损害。凝结物液滴导致入射光散射，并且导致可视化降低，或者导致起雾。
所述的组合物包括一种或多种适用于形成透光的（translucent）或者透明的（transparent）层的导电聚合物。如本文中所使用的，术语“透光的”是指材料在可见光谱（约300纳米到约800纳米）中具有约30%到约85%的透光率。如本文中所使用的，术语“透明的”是指材料在可见光谱中具有高于约85%的透光率。在一个实施方案中，透明的膜可以具有高于约90%，或者高于约95%的透光率。经涂布的基片可以具有小于约5%，或者小于约3%的雾度。雾度定义为在穿过样品时，透射光相对于入射光束偏离的百分比平均大于25度。雾度一般地被称作样品的“浑浊度（milkiness）”，或者其对比度的损失。半透明、透明和雾度可以根据标准方案，通过将入射光的强度与通过材料的光的强度进行比较来测量。例如，通过使用ASTM D1003-07e1中所描述的题为“Haze and LuminousTransmittance of Transparent Plastics”（DOI:10.1520/D1003-07）的测试方法。
一般而言，用于形成导电层的组合物可以是水性的，尽管如同已知的，在该组合物中可以存在少量的溶剂。例如，可以包括少量的，例如按组合物的重量计少于约5%的溶剂，所述的溶剂如乙醇、苯、吡咯烷酮、甲酰胺、乙二醇醚等等。所述的组合物可以包含，例如至少约75wt.%的水，在一些实施方案中至少约90wt.%的水，以及在一些实施方案中至少约96wt.%的水。
涂层组合物的导电的、透明的聚合物可以是聚噻吩，所述聚噻吩包括聚噻吩以及其任意衍生物。一般而言，涂层组合物可以包括按重量计少于约3%的聚噻吩，或者在另一个实施方案中按重量计少于约1%的聚噻吩。例如，所述的组合物可以包括按重量计约0.01%到按重量计约1%的聚噻吩。聚噻吩可以具有如下的结构：
Figure BDA0000404297220000041
其中R1和R2独立地选自氢或者C1-C4烷基或者R1和R2一起形成任选地取代的C1-C4亚烷基，例如任选地被烷基取代的亚甲基，任选地被C1-C12烷基或者苯基取代的1,2-亚乙基，或者1,2-亚环己基。
在一个优选的实施方案中，所述的组合物可以包括聚噻吩衍生物聚（3,4-乙烯二氧噻吩），其具有以下的结构：
Figure BDA0000404297220000042
可以使用任意适合的方法来形成聚噻吩。例如，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）可以通过3,4-乙烯二氧噻吩单体的氧化形成，所述氧化导致从3,4-乙烯二氧噻吩的杂芳环上除去电子。氧化剂可以包括但不限于，铁（III）盐，例如FeCl3、Fe(ClO4)和有机酸及包含有机基团的无机酸的铁（III）盐。其他适合的氧化剂可以包括H2O2、K2Cr2O7、过硫酸碱金属盐、过硫酸铵盐、过硼酸碱金属盐和高锰酸钾。两种氧化的单体的组合会失去质子形成二聚体。二聚体的进一步氧化会导致形成三聚体等等，直到形成了长的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）链。3,4-乙烯二氧噻吩单体和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）二聚体、三聚体和无限长链的电离电位分别是1.1、0.46、0.16和-0.25V（相对于Ag/Ag+）。因此，一旦形成寡聚物，聚合可以很快地加速。
应当理解的是，组合物不限于聚（3,4-乙烯二氧噻吩），并且其他的聚噻吩，以及两种或多种的聚噻吩的共混物也包含在本文，包括但不限于，聚（3-甲基噻吩）、聚（3-乙基噻吩）、聚（3-丙基噻吩）、聚（3-丁基噻吩）、聚（3-己基噻吩）、聚（3-庚基噻吩）、聚（3-辛基噻吩）、聚（3-癸基噻吩）、聚（3-十二烷基噻吩）、聚（3-十八烷基噻吩）、聚（3-溴噻吩）、聚（3-氯噻吩）、聚（3-碘噻吩）、聚（3-氰基噻吩）、聚（3-苯基噻吩）、聚（3,4-二甲基噻吩）、聚（3,4-二丁基噻吩）、聚（3-羟基噻吩）、聚（3-甲氧基噻吩）、聚（3-乙氧基噻吩）、聚（3-丁氧基噻吩）、聚（3-己氧基噻吩）、聚（3-庚氧基噻吩）、聚（3-辛氧基噻吩）、聚（3-癸氧基噻吩）、聚（3-十二烷氧基噻吩）、聚（3-十八烷氧基噻吩）、聚（3,4-二羟基噻吩）、聚（3,4-二甲氧基噻吩）、聚（3,4-二乙氧基噻吩）、聚（3,4-二丙氧基噻吩）、聚（3,4-二丁氧基噻吩）、聚（3,4-二己氧基噻吩）、聚（3,4-二庚氧基噻吩）、聚（3,4-二辛氧基噻吩）、聚（3,4-二癸氧基噻吩）、聚（3,4-二十二烷氧基噻吩）、聚（3,4-丙烯二氧噻吩）、聚（3,4-丁烯二氧噻吩）、聚（3-甲基-4-甲氧基噻吩）、聚（3-甲基-4-乙氧基噻吩）、聚（3-羧基噻吩）、聚（3-甲基-4-羧基噻吩）、聚（3-甲基-4-羧基乙基噻吩）和聚（3-甲基-4-羧基丁基噻吩）。
由于聚噻吩倾向于不可溶，组合物可以包括能提高聚合物的溶解度的第二组分。例如，组合物可以包括聚（3,4-乙烯二氧噻吩），其与水溶性的阳离子聚合电解质聚苯乙烯磺酸联合，所述的聚苯乙烯磺酸具有以下结构：
Figure BDA0000404297220000051
聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/聚苯乙烯磺酸组合物可以根据已知的方法形成（例如在聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的聚合过程中使用聚合电解质聚苯乙烯磺酸作为电荷平衡掺杂剂），或者所述的组合物可以供选择地商业上得到。例如，制备的PSS/PEDOT混合物可以购自Aldrich或者其他公司，该混合物的固体含量为约1.3-2.6%。在这样的情况下，可以根据需要对此溶液进行调节，或者可以另外地在制剂中直接使用。以CleviosTM为品牌的可得到的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/聚合电解质聚苯乙烯磺酸也可得自德国的Hanau的Heraeus。一般而言，聚（3,4-乙烯二氧噻吩）与聚合电解质聚苯乙烯磺酸的比例可以是按重量计约1到约2.5，尽管这不是组合物的要求，并且这两者的任何适合比例都包含在本文中。
用于使聚噻吩溶解的任意其他方法可以用于形成组合物。例如，在一个实施方案中，可以使用聚（3,4-乙烯二氧噻吩）四甲基丙烯酸酯。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）四甲基丙烯酸酯是ABA嵌段共聚物，其包括分枝的封端四甲基丙烯酸酯基团，该基团提高可分散性。
组合物中的聚合物总量，例如聚噻吩和聚合物增溶剂的总量可以是按照组合物的重量计约1.5%到约3%。
除了导电聚合物和任意的稳定剂之外，所述的组合物包括碳基纳米结构。可以在形成的基质中包括一定量的导电和/或半导电的碳基纳米结构，从而提高由该组合物形成的层的电特性，而不牺牲涂层的透明度。
所述的碳基纳米结构可以包括任意的在至少一个维度上为纳米尺度的任意结构。具体地，在特定的实施方案中，尽管所述的纳米结构可以描述非常高的高宽比（aspect ratio），例如大于1000纳米，并且可以包括更大尺度的长度维度，其会限定出至少一个纳米尺度的维度，例如小于约500纳米。所述的纳米结构可以限定出任意的整体形状。例如所述的纳米结构可以是中空的或者实心的，可以是球形的、纤维状的或相对平的，如平的血小板形状，例如石墨或者石墨烯纳米结构。除此之外，所述的组合物可以包含多种基本相同的纳米结构混合物，或任选地可以包含不同纳米结构的混合物，包括形成不同形状的纳米结构的组合、形成为不同长度的纳米结构的组合，或者其任意组合。
在一个实施方案中，所述的碳基纳米结构可以是碳纳米管或者碳纳米球（例如，巴基球、nanoonions或者其他的富勒烯）。碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者不同碳纳米管的混合物。例如，所述的纳米结构可以包括分离的单壁碳纳米管和/或单壁碳纳米管束。一般而言，单壁碳纳米管束可以具有约5nm到约200nm的外径，而单个单壁碳纳米管可以具有小于约5nm的外径。一般而言，单个多壁碳纳米管可以具有约5纳米到约100纳米的外径。
碳基纳米结构可以根据任意已知的方法或程序形成。例如，可以根据电弧法、激光蒸发法、HiPco法、化学蒸汽沉积法或者本领域已知的任意其他方法来形成碳纳米管。碳纳米管可以根据任意已知的方法来形成，或者可以在商业市场上得到。例如，多壁碳纳米管、单壁碳纳米管或者双壁碳纳米管可以得自Waltham,Massachusetts的NanoLab,Inc.；Westwood,Massachusetts的Nano-C,Inc.；或者Sunnyvale,California的Unidym。
根据形成技术，在形成后可以将碳基纳米结构与一定量的杂质混合，所述的杂质例如为烟灰（soot）、催化剂、成核剂等等。所述的碳基纳米结构可以在形成后以及在添加到涂层组合物之前进行纯化。例如，所述的碳基纳米结构可以按照高于约90%的纯度提供给组合物。
在一个实施方案中，如此形成的碳基纳米结构组合物可以通过在氧化气氛下加热、使用强酸处理来进行纯化，通常还进行超声，接着是最终的洗涤。然而，应当理解的是，在本领域中已知的任意纯化方法都可以任选地采用。
可以将所述的碳基纳米结构官能化，以促进所述的纳米结构在组合物中分布，以及促进聚合基质在涂层的形成过程中进行交联。更具体地，所述的碳基纳米结构可以使用噻吩衍生物来官能化，从而促进该纳米结构在基于聚噻吩的涂层组合物中分布。
用于和碳基纳米结构进行偶联的优选的噻吩衍生物可以根据所使用的官能化方案来进行变化。例如，在一个实施方案中，碳基纳米结构可以通过将此结构氧化来以在结构中引入羧酸基团来进行活化，并且可以通过酰胺键的形成来将噻吩的氨基衍生物偶联到所述的纳米结构。在一个优选的实施方案中，所述的碳基纳米结构可以通过酰胺键形成与2-氨基噻吩偶联来进行官能化。
也可以供选择地使用其他的偶联反应，这主要地取决于纳米结构的初始活化基团以及相应的噻吩衍生物。例如，可以通过碳纳米管与氟气反应来活化碳纳米管，从而提供氟衍生化的纳米管，并且随后通过与想要的亲核试剂进行亲核取代来进一步地衍生化，所述的亲核试剂例如烷基锂类、取代的肼或者烷基胺。随后可以将经活化的碳纳米结构与合适的噻吩衍生物按照已知的化学方法反应，来形成噻吩官能化的纳米结构。
所述的组合物可以包括一定量的噻吩官能化的碳基纳米结构，从而提高由该组合物形成的层的电导率，而不牺牲该层的透明度。例如，涂层组合物可以包括按重量计少于约5%的，按重量计少于约3%的或者按重量计少于约1%的碳基纳米结构。
噻吩官能化的碳基纳米结构可以容易地在聚（3,4-乙烯二氧噻吩）水溶液中分散。在一个实施方案中，可以通过超声来增强分散，所述的超声可以应用约5分钟到高达数小时的时间。可以将不同的组分按照不同的方式来合并，并且形成组合物的方法不是关键的。例如，可以将噻吩官能化的纳米结构与形成的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）/聚合电解质聚苯乙烯磺酸分散液合并，或者供选择地，可以将噻吩官能化的纳米结构首先与聚合电解质聚苯乙烯磺酸合并，例如通过结合超声进行混合来合并，并且可以随后将此溶液与聚（3,4-乙烯二氧噻吩）分散液合并。
所述的组合物还包括交联剂，所述的交联剂可以使得聚合物/纳米结构基质在施加到表面之后进行交联。所述的交联剂可以包括过渡金属离子和/或过渡金属盐。不愿意受到任何特定理论的束缚，相信过渡金属交联剂会与聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的噻吩基团的硫原子和官能化的碳基纳米结构复合，形成包括导电的交联基质的涂层，所述的基质包括聚合物组分和纳米结构两者。
在本文中所涵盖的过渡金属包括了元素周期表的d-区中的任意元素，即元素周期表的第3到第12族的任意元素。在另一个实施方案中，在本文中所涵盖的过渡金属包括了具有不完整的d-亚层的那些元素，所述的元素涵盖了元素周期表的第3到第11族中的任意元素。在一个实施方案中，用作交联剂的过渡金属可以包括锰、铁、钴、镍、铜、银、金、铂、钯、钒和铬。例如，所述的过渡金属可以是铁、铜、银、金、钴或者镍。一般而言，所述的过渡金属交联剂可以是过渡金属离子或者具有式MXn的过渡金属盐，其中M是过渡金属，X是卤素阴离子、硫原子或者酸的共轭碱阴离子，并且n是1到6的整数。适合的交联剂的实例包括但不限于，过渡金属的卤化物、氯化物、硫酸盐、乙酸盐、铵盐或者硝酸盐，例如氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、氯化铜以及过渡金属化合物的组合。
过渡金属交联剂可以溶解或者分散在组合物中。在过渡金属粉末分散在组合物中的情况下，金属粉末的颗粒尺寸可以低于约10微米（μm）。如果希望的话，可以将金属粉末的表面使用稀释的弱酸进行氧化，所述的弱酸例如为乙酸。组合物可以包括浓度为涂层组合物的约0.1wt.%到约2.0wt.%的过渡金属交联剂。例如，组合物中的金属离子浓度可以是约0.1M到约0.001M。
所述的组合物可以根据需要包括另外的成分。例如，在组合物在可视表面如一副护目镜上形成防雾涂层的实施方案中，组合物可以包括一种或多种的另外的材料，该另外的材料可以赋予抗刮擦和/或抗化学、抗反射特性等等。例如，涂层组合物可以包括一定量的羟基化的氟聚合物或者硅氧烷基树脂和如本领域中已知的交联剂，所述的交联剂可以提供抗刮擦和抗风化性质。例如，该组合物可以包括约5wt.%到约20wt.%的抗刮擦硬涂层树脂，所述的抗刮擦硬涂层树脂例如为硅氧烷聚合物树脂、丙烯酸聚合物树脂，或者羟基化聚合物，所述的羟基化聚合物包括含氟单体单元如四氟乙烯或氯代三氟乙烯，以及任选地包括不含氟的乙烯不饱和单体单元。含氟聚合物可以包括按重量计约20%的氟。所述的组合物还可以包括用于羟基化的含氟聚合物的交联剂，所述的交联剂例如为甲胺或者聚硅酸。
所述的组合物还可以包括一种或者多种粘合剂，所述的粘合剂可以提高交联基质与基片的粘附。有用的粘合剂的实例包括但不限于，聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚乙烯基丁醛、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、多磺化苯乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚醚、聚酯、聚硅酮、吡咯/丙烯酸酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸酯、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇及其任意的衍生物或混合物。组合物可以包括相对少量的粘合剂，例如少于按组合物重量计的约10%。
可以将组合物在形成之后涂布到基片上。可以在形成之后立刻使用该组合物，或者可以供选择地在使用之前储存一段时间，例如数天。由所述的组合物形成的层可以完全覆盖基片的表面，或者可以部分地覆盖表面。例如，可以将层按照图案施加到表面。图案是连续的图案，以使电流能够流过形成的层，然而所述的图案不需要完全覆盖基片的表面。
所述的基片可以是有机的或者无机的，柔性的或者刚性的，并且可以是任意适合的尺寸和形状。例如，基片可以是聚合物的或者陶瓷的。在一个优选的实施方案中，所述的基片可以是用于光学应用的透明的材料，所述的光学应用例如用于眼镜、护目镜或者其他的目镜的镜片，用于头盔或面罩的遮阳板或者护面罩等等。在一个实施方案中，基片可以是玻璃，例如为光学级玻璃，如硼硅酸盐玻璃或者萤石玻璃。在另一个实施方案中，基片可以是用于光学应用的聚合材料，所述的聚合材料包括热塑性材料如聚碳酸酯，聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚苯乙烯，聚砜，聚醚砜，乙酸丁酸纤维素和热塑性聚氨酯；或热固性材料，如二甘醇双烯丙基碳酸酯聚合物和共聚物，热固性聚氨酯，聚硫氨酯（polythiourethane），聚环氧化物，聚环硫化物，聚丙烯酸酯，包括聚（甲基）丙烯酸酯，如聚甲基丙烯酸甲酯，聚硫（甲基）丙烯酸酯，以及其共聚物和共混物。
基片可以是材料的单层或者多层膜、片、板或者面，并且可以通过任意的众所周知的方法来形成，例如吹制、流延、挤出、喷射造型法等等。在一个实施方案中，所述的组合物可以涂布在多层基片的两个层之间。例如，层可以在玻璃或者聚合物基片之间形成。
所述的组合物可以按照任意适合的涂布方法，或者按照方法的组合涂布到基片的一个或多个表面上，所述的方法包括但不限于浸涂、旋涂、喷涂、印刷（例如，凹版印刷）、棒涂、溶液涂布、刮涂、狭缝式模头挤出涂布（slot-die coating）等等。在一个实施方案中，所述的组合物可以涂布在基片的单个表面上，例如涂布在护面罩的内表面上。然而，在其他的实施方案中，所述的组合物可以涂布在基片的内表面和外表面两者上，或者可以包封整个基片。
为了确保涂布均匀和/或使基片润湿，可以在涂布之前将基片氧化，所述的氧化使用例如电晕放电、臭氧、等离子体或者火焰处理方法。在一些实施方案中，还可以将基片进行预处理，从而便于向其便利地均匀施加涂层组合物。例如，可以将底漆如聚偏二氯乙烯或者聚氯乙烯施加到透明的基片。一般地，所述的底漆不会对透明基片的光学特性带来实质的影响。
在一个实施方案中，所得到的涂层的平均厚度可以是小于约5微米，或者小于约2微米。例如，所述的层的平均厚度可以在约0.8到约1.2微米之间。
根据一个实施方案，所得到的涂层的平均厚度可以进行选择以使眩光最小化。具体地，厚度等于入射光波长的1/4的单层光学涂层会导致从空气-涂层边界与涂层-基片边界的反射，所述的反射彼此成180°的异相角，从而产生相消干涉并且降低总反射率。因此，在那些入射光波长为约200纳米到约1000纳米的实施方案中，涂层的平均厚度可以是约50纳米到约250纳米。除此之外，由于550纳米是人眼显示出峰值光响应（peakphoto-optic response）的波长，在一个实施方案中，平均涂层厚度可以是约140纳米。然而，应当理解的是，涂层不限于单层，并且可以还包括多个层。例如，本领域技术人员容易想到可以使用两个层，其中各层在厚度上进行优化，以使不同波长的光的反射最小化，从而在宽的光谱中提供防眩光的特性。除此之外，尽管涂层的平均厚度可以是均匀的，实际的涂层厚度可以在涂层上的具体点之间发生相当大的变化。这样的在厚度上的变化当在明显不同的区域内相互关联时，由于有助于涂层的宽频的抗反射特性而可以是有益的。
可以将所述的涂层在空气中干燥和固化，并且任选地通过加入能量来提高固化的速率。例如，经涂布的基片可以在烘箱中于约20℃到约150℃的温度下进行固化，在一些实施方案中在约50℃到约130℃的温度下，以及在一些实施方案中在约100℃到约120℃的温度下。可以采用已知的供选择的固化方法，例如通过对涂布的表面进行辐照，例如进行微波辐照。一旦干燥和固化之后，层的导电聚合物组分可以占经固化的层的至少约50wt.%，在一些实施方案中占至少约75wt.%，以及在一些实施方案中占至少约90wt.%。
层的表面电阻（Rs）是层的体电阻率和层厚度的函数。其是薄膜中的电阻率的量度，所述的薄膜在厚度上标称地是均匀的并且可以近似为二维的系统。表面电阻可以使用欧姆的单位来描述，或者任选地可以描述为欧姆每平方（Ohms/sq.）的单位，其中“平方”是没有量纲的。
欧姆每平方仅用于描述表面电阻，因此可以用于区分二维的电阻和三维的电阻。表面电阻可以使用四点探针进行测量，其中在两个外部电流电极之间施加直流电，并且在电流沿着膜的平面流动的情况下测量位于两个外部电极内的内部电极之间的电压。四点探针法根据电极在探针中的方向和间距使用几何校正因子，来校正探针所测量的电压/电流比。可以通过将表面电阻率乘以膜的厚度来由表面电阻率计算膜的电阻率。在一个实施方案中，由导电聚合物组合物形成的固化的薄膜可以具有约300欧姆/平方到约900欧姆/平方的表面电阻，例如具有约330欧姆/平方到约890欧姆/平方的表面电阻。在另一个实施方案中，表面电阻可以小于约300欧姆/平方，小于约175欧姆/平方，小于约150欧姆/平方，或者小于约100欧姆/平方。
涂层的电导率（σ）是材料导电性的量度。电导率可以通过在层上施加差分式电场，并且检测其所产生的电流来测量。随后通过将电流密度除以所施加的电场的强度来计算电导率。电导率是电阻率的倒数，因此电导率可以通过将表面电阻乘以膜厚度之后取倒数来由表面电阻计算（σ=1/(Rsx t)）。本文中所描述的膜可以具有高于约100西门子每厘米的电导率，高于约450西门子每厘米的电导率，高于约600西门子每厘米的电导率，或者高于约750西门子每厘米的电导率。在一个优选的实施方案中，膜可以具有大于约400西门子每厘米的电导率，例如在一个实施方案中为约185到约485西门子每厘米。
任选地，可以在基片上形成附加的层，所述的附加的层在导电层下方、在导电层上方或者与导电层位于基片上的不同位置。例如，可以在导电层的上方或者在基片的相反侧上形成防反射涂层和/或防刮擦涂层。
在一个实施方案中，防刮擦涂层可以在导电层的上方形成。供选择地，导电层和防刮擦涂层的组分可以合并到一起，来形成单一的涂层组合物。例如，在将导电层固化以及将电源进行任意必要的连接以实现电连通（例如电极形成）之后，可以在导电层上形成防刮擦和/或防化学涂层。防刮擦涂层可以包括交联羟基化含氟聚合物，所述的交联羟基化含氟聚合物在独立的层中或者在现有技术中已知的任意其他防刮擦涂层中形成。
在一个实施方案中，可以在基片上形成硅氧烷基硬涂层。例如，可以通过将可聚合的组分添加到含有酸催化剂和现有技术中已知的其他添加剂的溶剂混合物中，来制备硅氧烷基涂层，所述的可聚合的组分如四烷基原硅酸酯、环氧烷基烷氧基硅烷和（甲基）丙烯酰氧基烷基烷氧基硅烷。可聚合的组分一般地可以按照以重量计约15%到约55%的量包括在溶剂混合物中。例如，所述的可聚合混合物可以包含以重量计约40%到约60%的四烷基原硅酸酯，以重量计约15%到约45%的环氧烷基烷氧基硅烷和以重量计约5%到约15%的（甲基）丙烯酰氧基烷基烷氧基硅烷。总的溶剂混合物可以包含按重量计约20%到约60%的水，按重量计约10%到约25%的溶剂混合物，按重量计约0.05%到约0.5%的2M HCl，和按重量计约0.4%到约2.5%的乙酸以及按重量计约0.1%到约1.2%的润湿剂和按重量计约0.1%到约0.5%的现有技术中已知的其他催化剂或者固化剂。
四烷基原硅酸酯的实例包括但不限于四甲基原硅酸酯、四乙基原硅酸酯、四丙基原硅酸酯和四丁基原硅酸酯。
用于本发明的环氧硅烷的实例包括但不限于，1-缩水甘油醚氧基乙基三甲氧基硅烷、2-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丁基三甲氧基硅烷和具有不同的取代的其他衍生物。
甲基丙烯酰氧基硅烷的实例包括但不限于，2-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、2-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、2-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和其他衍生物。
防反射涂层可以包括在基片上，所述的防反射涂层可以根据需要位于导电层的相同的表面或者不同的表面上。防反射涂层起到减少表面反射的作用，使得可见光的透光率水平更高。一般地，防反射的涂层包括几种不同的亚层，所述的亚层包括多种不同的材料，所述的材料例如但不限于，氧化铝、氧化锆、氟化镁、二氧化硅、冰晶石、氟化锂、四氟化钍、氟化铈、氟化铅、硫化锌、硫化锌钪、硅、碲、氧化镁、氧化钇、氧化钪、氧化硅、氧化铪、二氧化锆、氧化铈、氧化铌、氧化钽和氧化钛。
各个亚层的厚度通常与在涂层材料中最优选地透射的光的波长的平均整数部分（even whole number division）相关。为了实现特别的可见光透射水平，一般的亚层厚度在本领域内也是已知的。
在一个实施方案中，可以根据以下的技术中的一种，将防反射的涂层通过真空沉积进行施加：通过蒸发，任选地离子束辅助的蒸发；使用离子束喷涂；通过阴极溅射；或者通过等离子体辅助的蒸汽相化学沉积。
在形成后，所述的导电层可以与电源处于电连通，所述的电源可以在膜上施加电压，并且产生电流。电流可以将膜和周围的区域加热，导致温度在表面处上升，从而防止水蒸气以液滴凝结在表面上。
在优选的实施方案中，涂布的透明基片可以是一副护目镜的组件。就此而言，可以包括涂布的透明基片的一副护目镜的一个实施方案在此更加详细地描述。参见图1，显示了一副护目镜100，其包括框102和透明的镜片103。镜腿106、107连接在框102的相对侧边上，从而在使用过程中固定所述的护目镜。尽管描述了镜腿，护目镜可以供选择地包括绳、带或者任意其他的设备，用于将护目镜100固定到穿戴者的头部。所述的框102可以在顶部和底部（未显示）包括成形的部分110，所述的部分110可以紧密地贴合穿戴者的前额和面部，从而进一步保护穿戴者的眼睛。
镜片103可以由透明的基片形成，所述的透明的基片例如玻璃或者聚碳酸酯，并且可以延伸越过穿戴者的视野的大部分。在另一个实施方案中，一副护目镜可以由两片独立的镜片形成，所述的镜片仅仅用于保护的目的，或者也可以是校正镜片。
固化的膜在镜片103的表面上形成，并且与电源110例如电池处于电连通。本领域内已知的任何电池都可以使用，包括可充电电池或者一次性电池。例如锂离子电池110可以与第一电极111通过第一引出线112处于电连通，所述的第一引出线112例如为7.5伏特的阴极引出线。所述的第一电极111还可以与导电层处于电连通。除此之外，第二引出线114，例如阳极引出线，可以与第二电极115处于电连通，所述的第二电极115位于镜片103的相对的侧边上。电池110可以是电源组118的组件。所述的电源组118还可以包括开关116，该开关116可以与系统的其他电组件处于电连通。所述的电源组可以包括一个或者多个环120，所述的环用于将电源组连接到合适的位置，例如穿戴者的腰带、夹克等。所述的环120可以由任意适合的连接设备替换，所述的连接设备例如钩、夹子、带等等。
在一个实施方案中，所述的电池可以位于护目镜中或者在护目镜上。例如，电池可以是与护目镜的框可连接的，例如所述的电池在容易替换电池的电池盒中。在这一实施方案中，还可以在框上包括开关来完成电路。
当闭合开关116时，可以完成通过护目镜100的导电层的电路。通过涂层流动的电流可以将该层的温度提高一定量，所述的量足以防止在镜片103上形成凝结物，并且对于穿戴者而言不会不舒服地温暖。例如，当完成电路时，镜片103的表面的温度可以提高小于约5℃，或者在另一个实施方案中提高小于约4℃。在一个实施方案中，镜片103的表面的温度可以提高约2℃到约5℃。
在另一个实施方案中，可以在面罩上形成有效的导电层。例如，面罩可以包括连接到过滤器体的遮阳板。涂层可以在所述的遮阳板上形成，并且与电源处于电连通，所述的电源例如图1中所说明的。遮阳板是由透明的基片形成的，并且其尺寸为适合过滤器体的宽度，并且在穿戴者的眼睛上方延伸。在一个具体的实施方案中，所述的遮阳板可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成。面罩还包括连接到遮阳板的过滤器体。所述的过滤器体设计为使穿戴者的鼻子和嘴的液体的流动减缓。所述的过滤器体可以按照本领域技术人员已知的任意方式来形成。如本领域技术人员所认识到的，所述的过滤器体可以由任意多种不同的材料构成，并且可以包括任意数量的想要的层数。
尽管在上文中已经描述了不同的构型，应当理解的是，本公开文本不限于任何具体的基片。例如，在一个实施方案中，可以在光学设备例如护目镜、眼镜、面罩等等上形成透明的导电薄膜，并且在另一个实施方案中，可以在用于不同的应用的基片上形成透明的导电膜，所述的应用例如为形成窗口、显示屏等等。
参照下文所提供的实施例，可以进一步理解本公开文本。
实施例1
1）半导电溶液的制备：
通过将PSS和PEDOT固体（原材料可商购自Aldrich）与去离子水按照以溶液的重量计1.5-3.0%的量，在55℃下混合6小时来制备PSS/PEDOT半导电溶液。此后，将此混悬液超声3小时，以确保得到均质的混合物。在此反应过程中，使用2M的H2SO4来调节pH值（pH=1-4）。
2）金属-溶剂的制备：
将金属盐如Ni(NO3)2、CuSO4和AgNO3单独地溶解在去离子水中，来产生10-1-10-3M的金属离子浓度。将制备的金属溶液添加到0.5%wt的DMSO中，来防止电-化学还原。
3）碳纳米管前体溶液
碳纳米管的氧化：首先将0.5-2.5wt%的单壁碳纳米管在混合的硝酸/硫酸（体积比为1/4）中超声4小时。冷却后，将此溶液使用D.I.水稀释。将氧化的CNT通过过滤来收集，并且使用水洗涤直到测得滤液pH=7。将黑色的CNT再次分散在水中，并且与混合的H2SO4和H2O2超声4小时；将最终产品过滤并使用水洗涤，随后在室温下真空干燥。
噻吩官能化的CNT：将5-10wt%（相对于2-氨基噻吩的量）的氧化的CNT在N2气氛下于室温下与10-20wt%的DCC（二环己基碳二亚胺）与干燥的DMF搅拌8小时，并且随后将密封的烧瓶在室温下超声1小时。将2-氨基噻吩溶解在干燥的DMF中，并且在室温下添加到上述的溶液，随后在80℃下使用惰性的N2搅动该混合物4小时。将产品通过过滤来收集，并且分别使用甲醇、丙酮、DMF和水进行洗涤，并且在60℃下于真空中干燥8小时。
将0.5-3.0wt%的噻吩官能化的碳纳米管与DMF/H2O超声30分钟，并且随后将该溶液在90℃下搅拌8小时，直到形成均质的溶液。
将此溶液快速地用于共混。如果储存了24小时或者更久，可能形成沉淀，这要求该溶液在掺入到制剂中之前再超声30分钟。
4）半导电涂层溶液的合成：
在圆底烧瓶中，将95-99wt.%的PSS/PEDOT溶液（在步骤1中制备）添加到1-5wt.%的CNT溶液（在步骤3中制备），并且随后将此混合物超声1小时并且在室温下再搅拌4小时。立刻使用此溶液。
在室温和持续搅动下，将PSS/PEDOT/CNT溶液逐滴添加到1-10wt.%的金属离子溶液（在步骤2中制备）中，并且搅拌3小时来确保完全共混。随后，将此溶液超声1.5小时。
5）硅氧烷硬涂层的制备
通过将208g的原硅酸四乙酯、90g的缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、10g的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、238g的异丙醇、46g的水、0.8g的2M HCl和6.4g的2M乙酸在烧瓶中混合，来制备涂层溶液。将此溶液在室温下混合，来将硅烷部分水解并且得到澄清的溶液。随后将此溶液在70℃下加热1-2小时并同时搅拌，来将硅烷完全水解。此后，将此溶液冷却到室温，之后加入3.2g表面活性剂（BrijR98，可得自Sigma-Aldrich,Inc.）和2.4g乙酰丙酮铝。将此溶液搅拌更长时间来溶解固体，并且得到均质的和澄清的硅氧烷硬涂层溶液。
6）最终导电涂层的组合物和制备
将90-95wt%的PSS/PEDOT/CNT/金属溶液与5-10wt%的硅氧烷硬涂层混合物在机械搅拌下于室温下混合2小时，来得到均质的最终导电涂层溶液。
7）导电涂层在塑料镜片上的涂布程序：
将洁净的镜片浸入到导电溶液中，并且按照每分钟1-2英寸的速度拉出。将镜片在空气中干燥数分钟，随后在加热烘箱中于100-120℃下固化1-2小时。将镜片取出烘箱并且在室温下冷却。镜片表面上涂布的导电薄具有0.8-1.2微米厚的膜厚度。
8）电导率测量数据
按照标准的SYS-301四点探针系统（可得自Signatone Corporation）在室温下测量膜电阻。
膜片电阻在330-890Ω/平方的范围内，膜电导率在185-485S/cm的范围内。
9）对膜施加电压时的表面温度测量：
使用具有阳极和阴极连接和一对锂电池的半导电涂布的聚碳酸酯基片的电路来测量表面温度的上升。所施加的电压在3.5-12.0伏特范围内，并且电流在0.3-2.0安培范围内。表面温度的升高与所施加的电压成正比。
结果显示在图2中。如所看到的，所测量到的表面温度升高在0.5-7.5℃的范围内。
尽管已经就其具体实施方案对主题进行了详细的描述，但应当理解的是本领域技术人员在理解前文的情况下可以容易地设想这些实施方案的改变、变化和等价物。因此，本公开文本的范围应当认为是所附的权利要求及其任意的等价物的范围。

Claims (15)

1.一种光学器件，其包括：
透明的镜片；
透明的镜片表面上的导电透明层，所述导电透明层包括交联的网络，所述交联网络包括聚噻吩、噻吩官能化的碳基纳米结构和过渡金属交联剂；以及
与所述导电透明层电连通的电源。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述聚噻吩是聚（3,4-乙烯-二氧噻吩）。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的光学器件，其进一步包括聚苯乙烯磺酸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其中所述碳基纳米结构是碳纳米管。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其中所述过渡金属选自锰、铁、钴、镍、铜、银、金、铂、钯和铬。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其中所述过渡金属交联剂是过渡金属盐，例如卤化物、氯化物、硫酸盐、醋酸盐、铵盐或硝酸盐。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，所述导电透明层还包括含氟聚合物或者硅氧烷聚合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其中所述光学器件是一副护目镜或者一副眼镜。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其中所述透明镜片是玻璃镜片或者聚合物镜片，和/或是校正镜片。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其中所述电源是电池。
11.根据权利要求10所述的光学器件，其进一步包括电池与膜之间的阴极引出线，和电池与导电透明层之间的阳极引出线。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，其还包括开关，所述开关能够完成包括电源和导电透明层的电路。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光学器件，所述镜片包括一个或多个附加的层。
14.一种基片，所述的基片限定出第一表面并且包括在所述第一表面上的导电透明层，所述导电透明层包括交联网络，所述交联网络包括聚（3,4-乙烯-二氧噻吩）、聚苯乙烯磺酸、噻吩衍生化的碳纳米管和过渡金属交联剂。
15.根据权利要求14所述的基片，其中所述的基片是透明的，并且其中所述的导电透明层与电源电连通。
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