(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板層と、
前記ガラス基板層上に配置された複数の金属ナノワイヤを有し、電気エネルギーを受け取って該電気エネルギーを熱エネルギーに変換する、前記金属ナノワイヤの９２％以上が５μｍを超える長さを有する、ナノ金属透明導電層と、
前記ナノ金属透明導電層上に配置され、前記ナノ金属透明導電層を完全に覆う第１パッシベーション層であって、前記第１パッシベーション層の熱伝導率は、前記ガラス基板層の熱伝導率よりも低く、前記電気エネルギーから変換された前記熱エネルギーの大部分は、前記ガラス基板層から導電又は放射により放出され、
最短の相対距離を有する平面加熱構造の２つの対向する側面に位置する２つの電極であって、電圧は２つの前記電極間に印加され、
前記電圧は、実質的に４０ボルトであり、前記平面加熱構造が、表面の平方センチメートル当たり０．０７Ｗの電力を消費するとき、前記平面加熱構造は２分以内に１２℃±１℃の温度上昇を得、
２つの前記電極に隣接する前記ナノ金属透明導電層の断面積は、２つの前記電極から離れた前記ナノ金属透明導電層の断面積より小さい、
平面加熱構造。
【請求項２】
前記金属ナノワイヤのアスペクト比が１０から１００である、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項３】
前記ナノ金属透明導電層の閾値表面負荷レベルは、０．０５μｇ／ｃｍ２から１０μｇ／ｃｍ２の間である、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項４】
前記平面加熱構造は、透過率が８５％を超え、ヘイズが３％未満であるという条件を満たす、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項５】
前記第１パッシベーション層は、以下の化合物及びそれらの組み合わせのいずれかを有する：
５００以下の分子量を有する小さな有機分子、
２から１００モノマーを有するオリゴマー、又は、
１００を超えるモノマーを有するポリマー、
１５０℃以上の沸点を有するいずれかの化合物、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項６】
前記ナノ金属透明導電層はマトリックス層をさらに含み、
前記マトリックス層は前記ガラス基板層上に配置され、前記金属ナノワイヤを接着させ、
前記マトリックス層の厚さは１０ｎｍから５μｍであり、
前記マトリックス層の屈折率は１．３から２．５である、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項７】
前記金属ナノワイヤは、以下のパターン層及びそれらの組み合わせのいずれかを形成する：
ドット、多角形、インターレース線、同心円、又は円状配列、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項８】
前記第１パッシベーション層に含まれる化合物は、ロジウム塩、亜鉛、又はカドミウム塩のいずれか及びそれらの組み合わせである、
請求項５に記載の平面加熱構造。
【請求項９】
前記第１パッシベーション層に含まれる化合物は、アスコルビン酸ナトリウム、アスコルビン酸カリウム、又はアスコルビン酸のいずれか及びそれらの組み合わせである、
請求項５に記載の平面加熱構造。
【請求項１０】
前記ガラス基板層と前記ナノ金属透明導電層との間に配置された第２パッシベーション層をさらに備え、
前記第２パッシベーション層は、以下の化合物及びそれらの組み合わせのいずれかを有する：
５００以下の分子量を有する小さな有機分子、
２から１００モノマーを有するオリゴマー、又は、
１００を超えるモノマーを有するポリマー、
１５０℃以上の沸点を有するいずれかの化合物、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項１１】
前記第２パッシベーション層に含まれる化合物は、ロジウム塩、亜鉛、カドミウム塩、ナトリウムアスコルビン酸塩、カリウムアスコルビン酸塩、又はアスコルビン酸のいずれか及びそれらの組み合わせである、
請求項１０に記載の平面加熱構造。
【請求項１２】
前記ナノ金属透明導電層に近い前記ガラス基板層の表面に形成されたインク層をさらに備え、
前記インク層は視覚的な干渉を避けるために２つの前記電極を覆う、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項１３】
前記第１パッシベーション層は、前記ガラス基板層から離れた前記ナノ金属透明導電層の表面に直接形成されるか、接着層を介して結合される、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項１４】
前記ガラス基板層と前記ナノ金属透明導電層との間に配置された光学機能層をさらに含む、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項１５】
前記ナノ金属透明導電層は、反射防止材料又は抗ＵＶ材料の少なくとも一方の粒子又はコーティング剤を含む、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項１６】
前記平面加熱構造の少なくとも１つの外側に形成され、前記ガラス基板層、前記ナノ金属透明導電層、及び前記第１パッシベーション層の少なくとも１つの側面を少なくともカプセル化する補強接着剤をさらに含む、
請求項１に記載の平面加熱構造。
【請求項１７】
前記補強接着剤は、硬化プロセスによる液体接着剤の固化によって形成される、
請求項１６に記載の平面加熱構造。
【請求項１８】
フレキシブル基板層と、
前記フレキシブル基板層上に配置された複数の金属ナノワイヤを有し、電気エネルギーを受け取って該電気エネルギーを熱エネルギーに変換する、前記金属ナノワイヤの９２％以上が５μｍを超える長さを有する、ナノ金属透明導電層と、
前記ナノ金属透明導電層上に配置された接着層と、
前記ナノ金属透明導電層から離れた前記接着層の表面上に形成された剥離フィルムと、
前記ナノ金属透明導電層上に配置され、前記ナノ金属透明導電層を完全に覆う第１パッシベーション層であって、前記第１パッシベーション層の熱伝導率は、前記フレキシブル基板層の熱伝導率よりも低く、前記電気エネルギーから変換された前記熱エネルギーの大部分は、前記フレキシブル基板層から導電又は放射により放出され、
最短の相対距離を有する平面加熱構造の２つの対向する側面に位置する２つの電極であって、電圧は２つの前記電極間に印加され、
前記電圧は、実質的に４０ボルトであり、前記平面加熱構造が、表面の平方センチメートル当たり０．０７Ｗの電力を消費するとき、前記平面加熱構造は２分以内に１２℃±１℃の温度上昇を得、
２つの前記電極に隣接する前記ナノ金属透明導電層の断面積は、２つの前記電極から離れた前記ナノ金属透明導電層の断面積より小さい、
ガラスに接着するための、平面加熱構造。
【請求項１９】
前記フレキシブル基板層は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、又はポリウレタン（ＰＵ）のいずれかの材料及びそれらの組み合わせである、
請求項１８に記載の平面加熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年３月２４日に提出された中国特許出願第２０１７１０１８３４３５．８に対する優先権を主張し、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、平面加熱構造に関する。より具体的には、本開示は、高い光透過率及び均一な加熱を有する平面加熱構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
ドライバーの視角の明瞭さと幅を確保するために、自動車産業は気候によって引き起こされる様々な問題に直面している。それらの１つは、自動車の内側と外側の温度差によって引き起こされる、自動車のフロント及びリアのフロントガラスの結露問題である。自動車のフロント及びリアのフロントガラスに結露した水分は、いわゆるウィンドウフォグ現象を発生させる。この現象は、フロント及びリアのフロントガラスを通した視認性を明らかに大幅に低下させ、ドライバーの視角と視力を著しく低下させる。
【０００４】
さらに、低温環境では、車両の窓に積もった雪の霜を取り除く方法は、長年議論されてきた問題の１つである。ガラス表面全体に沿って形成された固い霜又は溶解してから再凍結した古い雪の層のために、ドライバーは、窓の損傷の危険を伴う厳しい寒さの中で、固い雪の霜を取り除くために、長時間自動車の外に留まる必要がある。
【０００５】
上記のウィンドウフォグ／霜の問題を解決するために、開発された２つの主なタイプの技術がある。一方は曇り止め／霜止めで、他方は曇り取り／霜取りである。曇り取り／霜取り技術では、主流の実装方法は、窓ガラスの表面に金属ワイヤを配し、電流を流すことである。アクティブ又はパッシブの電子素子がエネルギーを消費しない状況では、エネルギー変換により窓の表面に分布する金属ワイヤが加熱され、金属ワイヤが取り付けられている領域を囲む窓ガラスの温度も上昇する。窓ガラス全体の温度を上げることで、フォグ現象を解決する。長年使用されてきた技術の１つに、フォードの「Ｑｕｉｃｋｃｌｅａｒ」がある。これは、２層のガラスの間に金属製の電熱線を埋め込む。しかし、金属ワイヤを使用して温度を上げて曇り／雪を除去するこの方法には、かなりの問題と欠点がある。
【０００６】
まず、金属ワイヤとガラス表面の組み合わせは簡単ではない。不完全な取り付けに起因する欠陥が頻繁に発生するか、１つの部品は取り付けられているが他の部品が脱落しているため、同様のワイヤが取り付けられたガラスは不均一な熱を発生する。状況が深刻な場合、曇り取り／霜取り効果が影響を受けたり、ガラスが損傷したりする。
【０００７】
また、金属ワイヤは透明ではないため、リアウィンドウガラスのみがこの技術を利用できるが、フロントガラスと自動車のサイドガラスはこの技術を使用して霜取りを行うことはできない。それに加えて、金属ワイヤの幅を制御する必要があり、ワイヤの間隔もかなりの距離に維持して、窓からの視認性を維持する必要がある。従って、同じ窓ガラス片でも、金属ワイヤからの距離に応じて不均一な加熱により温度差が生じる傾向がある。その結果、一部の曇り／霜は除去されるが、死角の曇り／霜は依然として存在する。
【０００８】
金属ワイヤ自体の接触が不十分な場合、又は、金属ワイヤと外部電源の接触が不十分な場合、ブレークポイントが電源に近い限り、ブレークポイントの後の電熱線はエネルギー不足のために機能を失う。そのため、このタイプの技術の信頼性は高くなく、異常が発生しやすくなる。異常が発生した場合、これを修復する唯一の方法は、窓ガラス全体を交換することである。これは、電熱線が２層のガラスの間に埋め込まれ、しっかり固定されているためである。コストが高すぎるため、普及率に深刻な影響を及ぼす。
【０００９】
さらに、電熱線を使用して曇り取り／霜取りする技術は、金属ワイヤがゆっくり熱くなるのを待つ必要がある。特に気候が寒い場合や過度に湿っている場合は、曇り／霜が除去されるまでより長い時間待つ必要がある。ドライバーが自動車を始動して運転することを切望しているとき、この補助は助けになるには遅すぎる。ドライバーが待ちたくなく、運転を断行する場合、危険な運転の問題が発生する。ドライバーが影響を受けるだけでなく、全体的な交通安全も確保できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の理由により、平面加熱構造を提供することにより、不均一な加熱、不十分な透明性、長時間の待機を含む問題を解決する必要があり、これは業界が達成したい課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示は、ターゲットを均一に加熱することができ、優れた透明性を有し、温度をデフォルト温度まで迅速に上昇させることができる平面加熱構造を提供する。
【００１２】
平面加熱構造が提供される。平面加熱構造は、ガラス基板層、ナノ金属透明導電層、及び第1パッシベーション層を含む。ナノ金属透明導電層は、ガラス基板層上に配置され、電圧を受け取って熱エネルギーを生成する。第１パッシベーション層は、ナノ金属透明導電層上に配置され、ナノ金属透明導電層を完全に覆う。
【００１３】
本開示は、ガラスに結合するための平面加熱構造を提供する。平面加熱構造は、フレキシブル基板層、ナノ金属透明導電層、接着層、及び剥離フィルムを含む。ナノ金属透明導電層は、フレキシブル基板層上に配置され、電圧を受け取って熱エネルギーを生成する。接着層は、ナノ金属透明導電層上に配置される。剥離フィルムは、ナノ金属透明導電層から離れた接着層の表面に形成される。
【００１４】
上記において、平面加熱構造は、ガラス基板層又はフレキシブル基板層とナノ金属透明導電層との間に配置された第２のパッシベーション層をさらに含む。
【００１５】
上記において、第２パッシベーション層は光学機能層である。
【００１６】
上記において、光学機能層は、反射防止層及び抗ＵＶ層のいずれか又はそれらの組み合わせである。
【００１７】
上記において、ガラス基板層又はフレキシブル基板層の材料は、透明ガラス又はフレキシブル透明フィルムである。
【００１８】
上記において、ナノ金属透明導電層の材料は銀ナノ材料である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る平面加熱構造の概略図を示す。
【００２０】
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の一実施形態に係る、精製された金属ナノワイヤの長さのヒストグラムを示す。
【００２１】
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る、様々な時点での加熱による温度上昇を示す概略図である。
【００２２】
【図３】図３は、本開示の他の実施形態に係る、図１に基づく平面加熱構造１の構造の概略図を示す。
【００２３】
【図４】図４は、本開示に係る、他の平面加熱構造２の構造の概略図である。
【００２４】
【図５Ａ】図５Ａは、本開示に係る、さらに他の平面加熱構造３の構造の概略図を示す。
【００２５】
【図５Ｂ】図５Ｂは、本開示の他の実施形態に係る、図５Ａに基づく平面加熱構造３の構造の概略図を示す。
【００２６】
【図６】図６は、本開示に係る、さらに他の平面加熱構造４の構造の概略図を示す。
【００２７】
【図７】図７は、本開示の他の実施形態に係る加熱構造を窓ガラスに結合する概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
平面加熱構造の以下の説明は、特定の実施形態を参照して提供され、当業者は、本明細書に開示される教示の他の利点及び効果を容易に理解するであろう。本開示は、他の実施形態によって実装又は適用されてもよい。本明細書の詳細は、異なる見解及び用途に基づく場合があり、本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、本開示に対して様々な修正及び変更を行うことができる。また、図面は説明のためのものであり、元のサイズ、厚さ、縮尺に従ってプロットされていない。つまり、関連する構成要素の実際の寸法を反映していない。
【００２９】
次に、本開示の本実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、同じ参照番号が図面又は説明で用いられ、同じ又は同様の部品を指す。また、本開示の全ての実施形態の図面は概略的であり、実際のサイズ及び縮尺を表していない。加えて、以下の実施形態の文脈で使用される「上側（above）」及び「下側（lower）」は、単に相対的な位置関係を示すために使用される。さらに、以下の説明における、他の特徴の「上に（over）」、「直上に（on）」又は「下に（below）」の、一特徴の形成には、一及び他の特徴が直接接触して形成される実施形態が含まれ、一及び他の特徴が直接接触しないように、一及び他の特徴の間に追加の特徴が形成される実施形態も含まれ得る。
【００３０】
図１を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る平面加熱構造１の概略図を示す。平面加熱構造１は、様々な透明基板を加熱して、曇り取り／霜取り効果を達成するために使用することができる。例えば、平面加熱構造１は、自動車のフロントガラス及びリアウインドウ、サイドウインドウガラス、サイドミラーに適用され、あるいは業務用のガラス冷蔵庫に適用され、又は水槽の加熱に適用される。
【００３１】
平面加熱構造１は、ガラス基板層１１、透明導電層１２、第１パッシベーション層１３を含む。ガラス基板層１１は、車両の窓の透明部分を構成する基板であり、適切な透明性と自動車の安全仕様に合格するのに十分な強度を有する任意の材料であり得る。ガラス基板層１１は、高強度耐熱ガラス又はプラスチックであってもよいが、これに限定されず、本開示はこの点に限定されない。また、ガラス基板層１１は、ガラスとプラスチックの複合構造であってもよい。
【００３２】
透明導電層１２は、ガラス基板層１１上に配置され、電気エネルギーを受け取って、平面加熱構造１の温度を上昇させることができる。例えば、電圧を受けた後、透明導電層１２には、高電位から低電位に流れる電流が発生する。透明導電層１２にはアクティブ回路がないため、電気エネルギーは、透明導電層１２の温度を上げることにより消費され、バランスをとる。この増加した熱エネルギーは、ガラス基板層１１に均一に伝導される。このようにして、ガラス基板層１１を加熱する効果は本開示に従って達成され、その結果、車両窓のガラス基板層１１の曇りを除去することができる。
【００３３】
一実施形態では、透明導電層１２は、分布ナノ金属材料から構成される。少なくとも一実施形態では、ナノ金属材料は、より優れた金属特性を有し、同時に十分な光透過性を保持する銀ナノ材料であってもよい。その結果、本開示は窓の曇りを除去することができるが、車両窓の透明性は、様々な国からの自動車の使用に関する国家基準を満たすために確保することができる。例えば、本明細書で使用される場合、「ナノ金属材料」とは、金属元素、合金、又は金属化合物（金属酸化物を含む）を含む金属ワイヤを指す。金属ナノワイヤの少なくとも１つの断面寸法は、５００ナノメートル（ｎｍ）未満、好ましくは１００ｎｍ未満、より好ましくは５０ｎｍ未満、より典型的には１００ｎｍ又は５０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、ナノ構造の幅又は同等の直径は、１０ｎｍから４０ｎｍ、２０ｎｍから４０ｎｍ、５ｎｍから２０ｎｍ、１０ｎｍから３０ｎｍ、４０ｎｍから６０ｎｍ、又は５０ｎｍから７０ｎｍの範囲にある。金属ナノワイヤのアスペクト比（長さ：幅）は、１０よりも高く、好ましくは５０よりも高く、より好ましくは１００よりも高い。適切な作業特性を有するナノワイヤは、典型的には１０〜１００，０００の範囲のアスペクト比を有する。より高いアスペクト比は、透明導電体層を得るためにより有利である。これは、この特徴により、透明導電層１２がより効率的な導電ネットワークを形成できると同時に、導電性ナノワイヤの全体密度を低下させて高い透明性を実現できるためである。言い換えれば、設定された透明性を達成するために、より高いアスペクト比を有する導電性ナノワイヤが使用される場合、導電性ネットワークのナノワイヤの密度は過度に高い必要はない。従って、導電性ネットワークは実質的に透明に近い。金属ナノワイヤは、銀、金、銅、ニッケル、及び金と銀のメッキを含む（ただし、これらに限定されない）任意の金属によって支配され得る。
【００３４】
金属ナノワイヤの長さ対直径の比は、透明導電層の導電特性が優れているかどうかにも関係している。様々な実施形態では、ナノワイヤ構造の長さは、５μｍから３０μｍの範囲、又は１５μｍから５０μｍ、２５μｍから７５μｍ、３０μｍから６０μｍ、４０μｍから８０μｍ、又は５０μｍから１００μｍの範囲にある。図２Ａに示されるように、これは、本開示の一実施形態に係る、精製された金属ナノワイヤの長さのヒストグラムを示す。本実施形態では、８０％を超える金属ナノワイヤは２５μｍ未満の長さを有し、７５％を超える金属ナノワイヤは８μｍを超える長さを有し、９２％を超える金属ナノワイヤは５μｍを超える長さを有する。他の可能な組み合わせが図に開示されており、図を参照できるため、この点に関する説明は提供されない。
【００３５】
前述の「透明導電層」とは、透明導電体の導電媒体を提供する金属ナノワイヤのネットワーク層を指す。マトリックスが存在する場合、金属ナノワイヤのネットワーク層とマトリックスの組み合わせは、「透明導電層」とも呼ばれる。導電性は、一金属ナノワイヤから他の金属ナノワイヤへの電荷浸透によって達成されるため、電気浸透閾値に達し、導電性になるために、導電層に十分な金属ナノワイヤがなければならない。導電層の表面導電率はその表面抵抗率に反比例し、表面抵抗率はシート抵抗と呼ばれることもあり、これは当技術分野で知られている方法で測定できる。本実施形態では、マトリックス層は透明導電層の一部であり、ガラス基板層１１上に配置されている。
【００３６】
当業者は、マトリックスの機械的及び光学的特性が、その中のいずれかの粒子の高負荷によって変更又は損なわれる可能性が高いことを理解するであろう。有利なことに、金属ナノワイヤのアスペクト比が十分に高い場合、銀ナノワイヤの許容閾値負荷レベルは、重量で３５％のマトリックスによって形成される導電性ネットワークである。この負荷レベルは、マトリックスの機械的又は光学的特性には影響しない。
【００３７】
様々な実施形態において、金属ナノワイヤは、マトリックスの機械的又は光学的特性に悪影響を与えることなく、閾値負荷レベルよりも高い負荷レベルであってもよい。例えば、銀ナノワイヤは、典型的には、約６０重量％より低い、より典型的には約４０重量％より低い、最も典型的には約２０重量％より低い、さらにより典型的には約１０重量％より低い負荷レベルであり得る。これらの値は、ナノワイヤの寸法と空間分布に完全に依存している。有利には、調整可能な電気伝導性（又は表面抵抗率）及び透明性の透明導電体は、金属ナノワイヤの負荷レベルを調整することにより提供できる。当業者によって理解されるように、マトリックスの機械的及び光学的特性は、その中のいずれかの粒子の高負荷によって変更又は損なわれる可能性が高い。有利には、金属ナノワイヤの高いアスペクト比は、好ましくは約０．０５μｇ／ｃｍ２から約１０μｇ／ｃｍ２、より好ましくは約０．１μｇ／ｃｍ２の閾値表面負荷レベルでマトリックスを通る導電性ネットワークの形成を可能にする。銀ナノワイヤの場合、約５μｇ／ｃｍ２、最も好ましくは約０．８μｇ／ｃｍ２から約３μｇ／ｃｍ２である。これらの表面負荷レベルは、マトリックスの機械的又は光学的特性に影響しない。上記の値は、ナノワイヤの寸法と空間分布に大きく依存している。有利には、調整可能な電気伝導性（又は表面抵抗率）及び透明性の透明導電体は、金属ナノワイヤの負荷レベルを調整することにより提供できる。いくつかの実施形態において、マトリックスの厚さは、約１０ｎｍから約５μｍ、約２０ｎｍから約１μｍ、又は約５０ｎｍから約２００ｎｍである。他の実施形態では、マトリックスの屈折率は約１．３から２．５又は約１．３５から１．８である。
【００３８】
一般的に、透明導電体の光学的透明度（transparency）又は清澄度（clarity）は、光の透過率やヘイズなどのパラメーターによって定量的に定義できる。「光透過率（light transmissivity）」とは、媒体を透過した入射光の割合を指す。様々な実施形態において、透明導電体の光透過率は、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、又は少なくとも８０％であり、少なくとも９１％から９２％まで高くてもよい。ヘイズは光の拡散の指標である。それは、入射光から分離され、伝送中に散乱される光の量の割合を指す。主に媒体の特性である光透過率とは異なり、ヘイズは通常製品に関連しており、通常は媒体の表面粗さや埋め込まれた粒子又は組成の不均一性によって引き起こされる。様々な実施形態において、透明導電体のヘイズは、１０％以下、８％以下、又は５％以下であり、２％から０．５％以下と低くてもよい。
【００３９】
一実施形態では、銀ナノワイヤの幅は約７０ｎｍから約８０ｎｍであり、長さは約８μｍである場合、ＰＥＴ上の裸の銀ナノワイヤフィルムは、８０％を超える光透過率を有する。
【００４０】
さらに、少なくとも１つの実施形態では、実験は、平面加熱構造１全体が、光透過率が８５％を超え、ヘイズが３％未満である状態を達成できることを示している。同時に、透明導電層１２の抵抗は、１平方センチメートルあたり１０オーム以下である。
【００４１】
抗ＵＶ剤に関しては、感光性物質は光を吸収し、複雑な光化学活性を起こしたり、引き起こす傾向がある。１つのタイプの光化学活性には、基底状態からより高いエネルギーレベル（つまり、励起状態）への化合物の励起が含まれる。励起状態は一時的なものであり、通常は減衰して基底状態に戻り、熱を放出する。ただし、一時的な励起状態は、他の物質との複雑なカスケード反応も引き起こす可能性がある。故障メカニズムが何であれ、特定の光化学活性が酸化により銀ナノ構造の腐食を引き起こすことがわかる。
Ａｇ０→Ａｇ＋＋ｅ−
【００４２】
いくつかの実施形態では、励起状態の光化学活性を阻害するか、基底状態に迅速に戻るのを助けることにより、腐食が抑制される。より詳細には、１つ以上の光安定剤を光学スタックに追加すると（例えば、１つ以上の層に組み込まれ、特に銀ナノ構造に隣接する１つ以上の層に組み込まれる）、銀の腐食を引き起こす可能性のある光化学活性を抑制することができる。
【００４３】
抗ＵＶ層は、ＵＶ領域の光子（通常、波長が３９０ｎｍ未満の光として定義される）を吸収する１つ以上の抗ＵＶ物質を含み、元々光学スタックに入射し、銀ナノ構造を劣化させる可能性のある入射光のＵＶ光を遮断又は大幅に減衰させる。抗ＵＶ物質は、通常、不飽和化学結合を有する化合物である。一般的に、抗ＵＶ物質が光子を吸収すると、電子励起状態が生成される。励起状態はエネルギー移動又は電子移動により基底状態に戻り、光子エネルギーを消散させる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、抗ＵＶ層は、本明細書に記載の抗ＵＶ物質の薄層で被覆されたいずれかの基板であり得る。他の実施形態では、抗ＵＶ層は、層の大部分に１つ以上の抗ＵＶ物質を組み込むことにより実装されてもよい。他の実施形態では、特に抗ＵＶ層が光学スタック内の中間層である構成では、抗ＵＶ層は光学透明接着剤（ＯＣＡ）層として適切に機能することができる。このような状況では、ＵＶ光の遮断と光学スタックの２つのサブ部分の結合の両方に、抗ＵＶ  ＯＣＡ層が使用される。
【００４５】
抗ＵＶ層を構成する抗ＵＶ剤は、次の化合物のいずれかであり得る：一般に、それは不揮発性であり（少なくとも１５０℃の沸点を持ち）、液体又は固体であり得る。それは、５００以下の分子量を有する小さな有機分子、２から１００のモノマーを有するオリゴマー、又は１００を超えるモノマーを有するポリマーであり得る。
【００４６】
オレフィンには、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有するアルキルが含まれる。二重結合により、オレフィンは犠牲酸化反応の候補になる。オレフィンは、直鎖、環状炭素骨格、又は直鎖と環状炭素骨格の組み合わせを有してもよい。炭素骨格については、オレフィンは、ヒドロキシル基、アルコキシ基、チオール基、ハロゲン基、フェニル基、又はアミン基でさらに置換されていてもよい。
【００４７】
一実施形態では、適切なオレフィンは、二重結合と単結合が交互になった構成を有し、拡張された共役構造を提供する。共役構造により、基を安定化するために非局在化できる。共役オレフィンの例には、カロテン又はカロテノイド、特定のテルペン又はテルペノイドが含まれるが、これらに限定されない。
【００４８】
他の実施形態において、オレフィンは、複数の非共役二重結合を有し得る。非共役オレフィンの例には、特定のテルペン、ロジン、ポリブタジエンなどが含まれる。光安定剤であることに加えて、一部のオレフィンは粘着付与剤でもあり、ＯＣＡに直接組み込むことができる。
【００４９】
テルペンはオレフィンのサブグループである。それらは様々な植物、特に針葉樹から作られた樹脂に由来する。テルペンは多種多様な炭化水素を含んでいるが、それらは全て少なくとも１つのイソプレン単位を含んでいる。テルペンは、環式及び非環式の炭素骨格を有し得る。本明細書で使用される「テルペン」は、炭素骨格の酸化又は再配列によるテルペンの誘導体であるテルペノイドも含む。
【００５０】
一部の実施形態では、光安定剤はリモネンである。リモネンには、２つのイソプレン単位を含む環状テルペンが含まれる。環状二重結合は酸化反応を受けやすく、エポキシドを形成する。一部の金属は、光化学活性の感度を低下させる可能性があるため、無機光安定剤として使用できる。例には、ロジウム塩、亜鉛、又はカドミウム塩が含まれる。これらの関連特許は全て、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００５１】
抗酸化剤は、酸素誘発腐食を抑制するのに特に効果的である。抗酸化剤は、分子酸素との直接反応により酸素を除去するトラップ剤として機能し得る。抗酸化剤は、他の基によって開始される連鎖反応を防ぐために、初期酸化反応で形成された基を除去するように機能することもできる。少なくとも１つの実施形態では、抗酸化剤はアスコルビン酸塩であり、アスコルビン酸塩（アスコルビン酸ナトリウム又はアスコルビン酸カリウムなど）又はアスコルビン酸であってもよい。
【００５２】
抗酸化剤の他の例は、チオール、ヒドラジン、及び硫酸塩（亜硫酸ナトリウム及び亜硫酸カリウムなど）を含み得る。本明細書に記載の光安定剤又は任意の光安定剤の組み合わせは、光学スタックの任意の層に組み込むことができる。
【００５３】
より詳細には、光学スタックの機能層のほとんどは溶液ベースのコーティング法を用いて形成できるため、コーティングの前に光安定剤をコーティング溶液と組み合わせることができる。例えば、光安定剤は、共堆積によりナノ構造層、オーバーコート層、アンダーコート層、基板、又は接着層（ＯＣＡなど）に組み込まれてもよい。
【００５４】
透明導電層１２は、コーティング法を利用してガラス基板層１１の片面に配置することができ、コーティング法は、例えば、スピンコーティング、ディッピング、注入（pouring）、滴下（infusion）、スプレー、ミスト、ブレードコーティング、ブラッシング、又は、例えば、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、リソグラフィ、パッド印刷などの印刷であり得る。
【００５５】
透明導電層１２に十分かつ均一に分配された電気エネルギーを提供するために、本開示は、電圧差を有する電極又は電流供給層を生成するための複数の方法を開示する。例えば、金属細線を利用することにより、最短直線距離を有する透明導電層１２の２つの側面の間に２電極レイアウトを形成することができる。又は、電極は、銀ペーストのスクリーン印刷によって主に形成され、透明導電層１２を通過する電流を均一に供給して、迅速かつ均一な加熱及び冷却を達成することができる。また、銀ペーストのスクリーン印刷により形成される電極は、主にスクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、貼り付けなどの方法を用いて実現され、電極はガラス基板層１１の反対側の透明導電層１２の表面に配置される。又は、ガラス基板層１１上に電極を形成し、その後、電極又は電極を形成する導電層上に透明導電層１２を形成してもよい。
【００５６】
言い換えれば、電極は透明導電層１２上に配置され、互いに分離されており、電極の導電率は透明導電層１２の導電率よりも高い。例えば、銀ペースト又は高導電性金属ペーストを使用することができる。実際の用途では、これらのペーストは、透明導電層１２上にコーティング又は印刷される。少なくとも１つの実施形態では、２つの電極は、透明導電層１２の反対側にそれぞれ配置される。もちろん、特定の用途で必要とされる場合、２つの電極は互いに分離され、透明導電層１２の２つの隣接する側に配置されてもよい。又は、１つの電極が２つの隣接する側を占有する。上記の選択は、透明導電層１２上の電流の分布と電流の経路に影響を与え、従ってエネルギー消費の分布を決定する。その結果、本開示は、ターゲット表面を均一に加熱することができ、特定の領域を個別に加熱して、均一なコーティングによる透明導電層１２の不均一な加熱の問題を克服することができる。詳細な説明は次のとおりである。本開示で言及される「電極」は、層状構造に限定されないことに留意されたい。実際の用途では、層状構造は、必要に応じて、高い導電率を有する金属細線で置き換えることができる。
【００５７】
他の実施形態では、透明導電層１２は、コーティング又は印刷法を用いることによりガラス基板層１１の表面上に直接形成され、電極が透明導電層１２上にコーティング又は印刷されることに留意されたい。
【００５８】
さらに、実際の用途では、自動車のフロントガラスの面積が大きく、ガラス全体の加熱温度はおそらく不均一であるため、同じナノ金属材料が透明導電層１２上に均一に分布している状況下では異なる局所的な曇り除去率を引き起こすことに留意されたい。その結果、少なくとも一実施形態では、電流が導入されるナノ金属コーティング層に隣接する透明導電層１２の断面積をより小さくし、また、電流が導入されるナノ金属コーティング層から遠い透明導電層１２の断面積をより大きくして、ガラス全体の加熱温度を均一にすることができる。従って、ガラス全体の曇り除去率は同じである。又は、ナノ金属材料が透明導電層１２に均一に分布している状況下では、透明導電層１２をスクリーン印刷又はエッチングによりパターン化して、ドット、多角形、インターレース線、同心円、又は円状の配置などの様々なパターン層を形成することができる。原理は、エネルギー分布を平均化するために、電極に近い透明導電層の部分の総面積が、電極から離れた中央部分に位置する導電層の部分の面積よりも小さくなるように減少することである。これにより、平面加熱構造はターゲット平面を均一に加熱できる。又は、特定のエリアの暖房能力を向上させることができる。
【００５９】
また、透明導電層１２のパターン径、密度、分布などを制御することにより、平面加熱構造１の全体の光透過率をさらに高めることができ、様々な国の車両の窓の透明性の工場仕様を満足させることができる。平面加熱構造１全体が透明フィルムであるため、フロントガラスやリアウインドウなどの自動車の内部に貼り付けることができ、ドライバーの視線を妨げることなく、迅速かつ均一な加熱を実現できる。
【００６０】
本願が開示する透明導電層１２は、ナノ金属材料で構成されているため、導電層全体が導電性を有しており、Ｑｕｉｃｋｃｌｅａｒなどの技術に比べてブレークポイントを生成しにくい。パターンはレイヤー全体にレイアウトされているため、代替の導電性パスは、ブレークポイントが生成されたときに単一のブレークポイントの欠陥を補うことができる。従って、局所的な欠陥により、透明導電層１２全体がその動作能力を失うことはなく、これにより製造の困難さが大幅に減少し、歩留まりが向上し、製品の信頼性が向上する。
【００６１】
さらに図１を参照すると、本実施形態では、電極によって透明導電層１２に電流が導入された後、透明導電層１２の温度を制御可能に上昇させて、その側のガラス基板層１１を加熱することができる。これにより、透明導電層１２に対するガラス基板層１１の外面上のミストを効果的に除去することができる。また、透明導電層１２は、透明導電層１２がガラス基板層１１の表面全体と接するようにガラス基板層１１に接着されているため、透明導電層１２は、ガラス基板層１１を迅速に加熱するだけでなく、透明導電層１２はまた、ガラス基板層１１の表面全体を均一に昇温させて、表面全体の曇りを同時に除去することもできる。図２Ｂを参照して説明する。図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る、様々な時点での加熱による温度上昇を示す概略図を示す。例えば、実用的なデータについて考える。本開示の一実施形態に係る平面加熱構造１は、４０ボルトの電圧が印加され、その表面積の平方センチメートルあたり０．０７Ｗの電力を消費するとき、２分以内に１２±１℃の温度上昇を得ることができる。すなわち、本開示の一実施形態に係る平面加熱構造は、曇り取り効果を達成するために自動車のガラスを急速に加熱するために少量の電気のみを必要とする。図２Ｂからわかるように、電圧を適切に上げることが温度を効率的に上げるための鍵である。ここでは「４０ボルト」を例として取り上げるが、２０ボルトと３０ボルトの電源の案と図の対応するデータが除外されているわけではない。実際には、図２Ｂに開示される全てのデータは完全に開示されているとみなされ、この点に関する説明は提供されていない。
【００６２】
さらに、製品が良品であるか否かは、温度上昇の効率によって単純に決定されないことに留意されたい。図２Ｂに示されている温度上昇データは、窓ガラスが十分な透明性とヘイズを維持していることを確認したときに得られる。例えば、図２Ｂの加熱データが達成される一方で、平面加熱構造１は、透過率が８５％を超え、ヘイズが３％未満である状態を達成することができる。同時に、透明導電層１２の抵抗は、１平方センチメートルあたり１０オーム以下である。
【００６３】
ガラス基板層１１上に透明導電層１２が配置される場合、第１パッシベーション層１３は、透明導電層１２の表面に配置され、透明導電層１２の表面を覆う。第１パッシベーション層１３は、透明な光学接着剤であってもよいし、被覆された透明な絶縁材料であってもよく、又は後に透明導電層１２に結合される予め形成されたパッシベーション層であってもよい。さらに、第１パッシベーション層１３は、透明導電層１２及び電極を完全に保護するために、透明導電層１２及び電極を完全に覆う。さらに、第１パッシベーション層１３の熱伝導率はガラス基板層１１の熱伝導率よりも低いため、一般に熱源はガラス基板層１１の片側からのみ導電又は放射によって放出され、平面加熱構造１は急速かつ均一に加熱できる。
【００６４】
又は、電極がモジュール化され、透明導電層１２の両側を介して平面加熱構造１に電気的に結合される例では、第１パッシベーション層１３は、透明導電層１２を完全に保護するため、透明導電層１２のみを完全に覆う。
【００６５】
少なくとも１つの実施形態では、第１パッシベーション層１３は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）フィルムを用いることにより形成され得る。第１パッシベーション層１３はホットメルト接着フィルムであり、第１パッシベーション層１３の材料は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）フィルム又はエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルムから選択することができる。
【００６６】
図３を参照して説明する。図３は、図１に基づく他の実施形態である。本実施形態では、電極が不透明又は光透過性がない場合、電極の配線が明確に見え、車両の窓の視覚効果に影響を及ぼす。透明導電層１２の両側又は側面に形成された電極を覆うために、ガラス基板層１１と透明導電層１２との間にインク層１４が配置される。一般に、インク層１４は、電極が配置される位置に分布し、インク層１４は電極に対応する透明導電層１２の両側又は縁部にのみ形成され、平面加熱構造１の視認性を向上させる。
【００６７】
上記の説明により、本実施形態の機能及び構造が完全に開示された。それに加えて、図１及び図３から分かるように、ガラス基板層１１の２つの側面、透明導電層１２の２つの側面、及び第１パッシベーション層１３の２つの側面は全て露出している。空気、及び自動車の使用環境は非常に厳しい可能性がある。例えば、自動車は、高温環境、高湿度環境、又は、酸化速度を高める硫黄などが存在する非典型的な環境でも使用される。劣悪な環境条件による透明導電層１２の急速な酸化及び劣化の問題を回避し、ガラス基板層１１を保護するために、一実施形態において、カプセル化のために、ガラス基板層１１、透明導電層１２、第１パッシベーション層１３の少なくとも片側に補強接着材料を追加することができる。補強接着剤は、硬化プロセスによる液体接着剤の固化によって形成されてもよい。補強接着剤は、未硬化のときの粘度が５００から１２００ｍＰａ・秒であり、硬化後のショア硬度は７０から８５である。
【００６８】
図４を参照して説明する。図４は、本開示に係る他の平面加熱構造２の構造図を示す。本実施形態によれば、平面加熱構造２は、ガラス基板層１１、透明導電層１２、及び第１パッシベーション層１３を備え、第２パッシベーション層１５が追加される。なお、本実施形態では、ガラス基板層１１と透明導電層１２との間に第２パッシベーション層１５が配置されている。第２パッシベーション層１５は、抗紫外線（ＵＶ）又は／及び反射防止能力を有する光学機能層である。第２パッシベーション層１５の抗ＵＶ機能は、透明導電層１２に入射するＵＶ光の総量を減らし、透明導電層１２内のナノ金属の寿命を延ばし、劣化状態に入るまでの期間を延長する。反射防止機能は、透明導電層１２及び第１パッシベーション層１３の反射の可能性を低減し、平面加熱構造２の全体的な透明性を向上させる。
【００６９】
さらに、製造プロセスを簡素化してコストを削減するために、透明導電層１２が形成されるときに、反射防止及び／又は抗ＵＶ材料の粒子又はコーティング剤を混合して、透明導電層１２にコーティングされる場合がある。
【００７０】
要約すると、平面加熱構造が図１、図３、及び図４に開示されている実施形態では、加熱構造は車両の窓に直接形成されて一体化構造を形成する。利点は、工場の生産ラインに便利であることである。しかしながら、使用中の自動車が本開示に係る平面加熱構造を曇り／霜取りのために設置する必要がある場合、又は、曇り／霜取りのために使用中の自動車の元の平面加熱構造を本開示に係る平面加熱構造と交換する場合、又は、２層の構造の間に金属ワイヤがカプセル化されているＱｕｉｃｋｃｌｅａｒなどの技術が故障した場合、車両の窓も交換する必要があり、これはリソースの浪費につながり、経済的ではない。従って、他の実施形態は以下のように説明される。以下の実施形態では、加熱構造は窓ガラスから独立しており、その後、接着剤を利用することによって車両窓に接着され、加熱構造が取り付けられた車両窓を迅速かつ均一に曇り除去することができる。
【００７１】
図５Ａを参照して説明する。図５Ａは、本開示のさらに他の実施形態に係る、ガラスに結合された平面加熱構造である。平面加熱構造３は、フレキシブル基板層３１、透明導電層１２、第１パッシベーション層１３、接着層３２、及び剥離フィルム３４を含む。本実施形態では、透明導電層１２はフレキシブル基板層３１上に配置される。透明導電層１２は電圧を受け取り、電気エネルギーを消費することにより熱エネルギーを生成する。透明導電層１２の材料選択、形成方法、及び配置規則に関しては、透明導電層１２の様々な特徴の上記開示を参照することができ、この点に関する説明は提供されない。剥離フィルム３４は、接着層３２を保護及び遮蔽するために、透明導電層１２から離れた接着層３２の表面に形成される。接着層３２が窓ガラスに取り付けられる前に、剥離フィルム３４は接着層に接着され、接着層３２を保護及び遮蔽し、接着層３２が誤って粘着するのを防ぎ、その粘着性を維持する。
【００７２】
本実施形態に適用されるフレキシブル基板層３１は、取り付けの組み立てモードに対応するためにより大きな変形に対応する必要がある。従って、材料の選択は主にフレキシブルフィルムである必要があり、強度と変形量の要件を同時に満たす透明な薄膜の複合成形体である場合がある。透明で柔軟性のある薄膜の材料は、以下のプラスチック材料、すなわち、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＶＣ、ＰＩ、ＰＵなどの選択可能な透明材料のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせから選択できる。さらに、フレキシブル基板層３１は露出しており、自動車のユーザーと接触しているため、耐摩耗性の能力が要求され、必要に応じて、フレキシブル基板層３１は耐摩耗性処理を施して、基板層の耐摩耗性及び耐傷性を改善することができることに留意されたい。
【００７３】
接着層３２は、透明導電層１２上に形成又は配置される。接着層３２は、かなりの接着能力を有し、平面加熱構造３を車両の窓に滑らかかつ完全に接着するために使用される。平面加熱構造３は、上記の動作原理を用いて、車両の窓を均一に加熱し、曇りを除去することができる。接着層３２の選択に関しては、車両窓用の一般的な接着層を選択することができ、接着液又は接着剤を後続の処理又はコーティングにより車両窓にコーティングされ、結合プロセスが続いて行われる。後続のコーティング方法が選択される場合、接着層３２は、平面加熱構造３では省略されてもよい。
【００７４】
平面加熱構造３によって生成された熱エネルギーを損失なしに窓ガラスに伝達し、設計通りの分布を維持できるようにするために、接着層又は接着剤は、平面加熱構造３の曇り除去効果への影響を避けるために、より小さな熱抵抗を有する配合を有するか又は材料となるように選択しなければならないことに留意されたい。
【００７５】
本実施形態において、第１パッシベーション層１３は、透明導電層１２と接着層３２との間、すなわち、フレキシブル基板層３１から離れた透明導電層１２の表面に形成される。第１パッシベーション層１３は、接着層３２と一体化されて、接着能力を有する第１パッシベーション層を形成してもよい。同時に、第１パッシベーション層１３は、抗ＵＶ及び／又は反射防止能力を有し、可視光及び熱を吸収する材料が加えられた光学機能層として機能し得る。あるいは、第１パッシベーション層１３は、フレキシブル基板層３１に近い透明導電層１２の他の表面上に形成されてもよい。
【００７６】
図５Ｂを参照して説明する。図５Ｂは、図５Ａに基づく他の実施形態である。本実施形態では、電極が不透明又は光透過性がない場合、電極の配線が明確に見え、車両の窓の視覚効果に影響を及ぼす。透明導電層１２の両側又は側面に形成された電極を覆うために、接着層３２と窓ガラスの接着面にインク層３３が配置される。一般的に、インク層３３は、電極が配置される位置に分布し、インク層３３は電極に対応する透明導電層１２の両側又は縁部にのみ形成され、平面加熱構造の視認性を向上させる。
【００７７】
図６を参照して説明する。図６は、本開示に係るさらに他の平面加熱構造４の構造図を示す。本実施形態によれば、平面加熱構造４は、フレキシブル基板層３１、透明導電層１２、接着層３２、及び第１パッシベーション層１３を備え、第２パッシベーション層１５が追加される。なお、本実施形態では、第２パッシベーション層１５は、接着層３２と透明導電層１２との間に配置されている。第２パッシベーション層１５は、抗ＵＶ又は／及び反射防止能力を有する光学機能層である。第２パッシベーション層１５の抗ＵＶ機能は、透明導電層１２に入射するＵＶ光の総量を減らし、透明導電層１２内のナノ金属の寿命を延ばし、劣化状態に入るまでの期間を延長する。反射防止機能は、透明導電層１２及び第１パッシベーション層１３の反射の可能性を低減し、平面加熱構造４の全体的な透明性を向上させる。
【００７８】
図７を参照して説明する。図７は、本開示の他の実施形態に係る、加熱構造を車両の窓に固定する概略図を示す。窓ガラスから独立した加熱構造が製造された後、加熱構造は、接着層を利用することにより車両の窓に接着される。図からわかるように、透明な導電構造に電力を供給する電極を覆うために、インク層が車両の窓ガラスに形成されている。
【００７９】
さらに、製造プロセスを簡素化してコストを削減するために、透明導電層１２が形成されるときに、反射防止及び／又は抗ＵＶ材料の粒子又はコーティング剤を混合して、透明導電層１２にコーティングされる場合がある。又は、反射防止及び／又は抗ＵＶ材料の粒子又はコーティング剤は、接着層３２が形成されるときに、接着層３２に混合してコーティングされてもよい。
【００８０】
本願で開示される平面加熱構造１は、透過率が８５％を超え、ヘイズが３％未満の条件を達成することができる。透明性に優れているため、自動車、船舶、航空機などの様々な輸送手段で使用して、ガラスの曇りや霜を取り除くことができる。車両の窓ガラスの用途では、平面加熱構造１は、リアウインドウに加えて、フロントガラスを含む他の部分に適用することができる。
【００８１】
本開示は、その特定の実施形態を参照して詳細に説明されたが、他の実施形態も可能である。従って、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲は、本明細書に含まれる実施形態の説明に限定されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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