從約5納米至約50納米 的平均尺寸。
[0040] 本發明提供了一種裝置，該裝置至少部分地用透明防冰涂層涂覆，該透明防冰涂 層包括： (a) -種基本上連續的基體，該基體包括一種硬化材料； (b) 分散在該基體中的不對稱模板，運些模板抑制水的潤濕，其中運些不對稱模板具有 從約10納米至約300納米的長度尺度； (C)圍繞運些不對稱模板的至少一部分的多孔空隙，其中運些多孔空隙具有從約15納 米至約500納米的長度尺度；W及 (d)分散在該基體中的納米顆粒，運些納米顆粒抑制水的異相成核，其中運些納米顆粒 具有從約5納米至約50納米的平均尺寸， 其中該涂層的特征在于在40化m至900nm的范圍內在一個或多個波長下至少70%的透 光率的涂層透明度。 附圖簡要說明
[0041] 圖1是本發明的一些實施例中的涂層的示意圖（描繪了一個水滴僅用于說明）。
[0042] 圖2A是實例2涂層的頂部的沈Μ圖像。
[0043] 圖2Β是實例2涂層的剖視圖的沈Μ圖像。
[0044] 圖3Α是實例3涂層的頂部的沈Μ圖像。
[0045] 圖3Β是實例3涂層的剖視圖的沈Μ圖像。
[0046] 圖4Α是實例4涂層的頂部的沈Μ圖像。
[0047] 圖4Β是實例4涂層的剖視圖的沈Μ圖像。
[004引圖5是實例5涂層的沈Μ圖像。
[0049] 圖6是對于在實例2、3、4、5和7，連同對比實例1和2中的涂層在從40化111至900醒的 波長范圍內的實驗光透射數據的曲線圖。 本發明實施方式的詳細說明
[0050] 本發明的組合物、結構、方法和系統將通過參考不同非限制性的實施例進行詳細 描述。
[0051] 本說明將使本領域普通技術人員能夠制造并使用本發明，并且描述了本發明的若 干實施例、修改、變型、替代方案、W及用途。在結合附圖參考本發明的W下詳細描述時，本 發明的運些和其他實施例、特征和優點對于本領域的技術人員而言將變得更為顯而易見。
[0052] 如本說明書和所附權利要求書中所使用，除非上下文另外明確指明，否則單數形 式"一個/ 一種(a/an)"和"該"包括復數對象。除非另外定義，否則在此使用的所有技術和科 學術語具有本發明所屬領域的普通技術人員通常所理解的相同的含義。
[0053] 除非另有說明，否則本說明書和權利要求書中使用的表示條件、濃度、尺寸等的所 有數值應被理解為在所有情況下用術語"約"來修飾。因此，除非有相反說明，否則在W下說 明書和所附權利要求書中闡明的數值參數是近似值，運些近似值至少可W根據具體的分析 技術而變化。
[0054]與。包括（including )"、。含有（contain ing)"、或。特征為"同義的術語。包含 (comprising)"是包容性的或開放性的并且不排除附加的、未列舉的要素或方法步驟。"包 含"是權利要求書語言中使用的專口術語，其意指所指定的權利要求要素是必要的，但是可 W添加其他權利要求要素并且仍然構成在權利要求書的范圍內的概念。
[0055] 如在此所使用，短語"由……組成"不包括未在權利要求書中指明的任何要素、步 驟或成分。當短語"由……組成"（或其變型）出現在一個權利要求的主體的條款中，而不是 立即跟在前言之后時，它只限制該條款中闡述的要素;其他要素作為整體未被排除在該權 利要求之外。如在此所使用，短語"主要由……組成"將一個權利要求的范圍限制于指定的 要素或方法步驟，加上那些本質上不影響所要求保護的主題的基礎和一個或多個新穎特征 的要素或方法步驟。
[0056] 關于術語"包含"、"由……組成及"主要由……組成"，當在此使用運Ξ個術語 之一時，目前披露的且要求保護的主題可W包括使用其他兩個術語中的任何一個。因而，在 一些未另外明確陳述的實施例中，"包含"的任何實例可W替換成"由……組成"，或可替代 地替換成"主要由……組成"。
[0057] -些變體W發現同時排斥水并抑制冰形成的涂層為前提。運些涂層具有自相似的 結構，其利用一種連續基體和在該基體內的被調整W調節被涂覆的表面上的水潤濕和水凍 結的兩個特征尺寸。出乎意料的是，已經發現，驅動大接觸角去濕行為的表面粗糖度和空隙 可W通過明智地選擇模板形態、利用不需要從該結構中去除的模板而產生。
[0058] 使水凍結成冰，水滴必須到達表面并且然后在該表面上停留足夠時間W使冰成核 W及水凝固。本發明可W使水更難W停留在該表面上，同時增加水（如果水停留在該表面 上)然后形成冰所必需的時間。諸位發明人已經認識到通過使用多個長度尺度和多個物理 現象來攻克表面結冰的問題，可W制造出尤其有益的涂層。
[0059] 本發明的變體還基于能夠同時實現防冰功能W及透明度的涂層的發現。在運些涂 層中，材料在整個涂層上的均勻分布既有助于透明度，而且也呈現出在磨損后的表面上的 非常類似的結構。粒徑優選比光的波長更小，W減少或消除光散射。
[0060] 透明度是允許光通過材料而不被散射的物理性質。當光波撞擊物體(如涂層中的 顆粒)時，該物體的原子中的電子開始振動。如果該物體是透明的，則電子的振動通過材料 的本體被傳遞到相鄰原子并且重發射到該物體的相對側。運種光波的頻率據稱被傳輸。如 果該物體是不透明的，則電子的振動不會通過材料的本體從原子傳遞到原子。相反材料表 面上的原子的電子振動持續短的時間段并且然后重發射能量作為反射光波。運種光的頻率 據稱被反射。透明度的特征可W為透射穿過給定物體(在此上下文中，涂層)的入射光(具有 某些波長，諸如從400nm至800nm)的一部分。透明材料也是半透明的，從而允許光漫射穿過 材料;然而，半透明的材料不一定是透明的。
[0061] 已經發現，如將進一步描述的，不對稱結構作為包含聚合物和納米顆粒的涂層材 料內的模板是尤其有用的。不對稱模板的長軸提供一個維度來建立控制潤濕特性的不可見 (sub-visible)波長表面粗糖度，而與具有最長軸的直徑的球形顆粒相比，短軸導致降低的 光散射。出乎意料的是，還已經發現，不對稱模板幫助保持納米顆粒在聚合物基質中的分 散。運防止了將導致增加的光散射和透明度損失的納米顆粒附聚。
[0062] 在此提供的涂層，在一些變體中，給予了強的去濕和防冰性能組合有初性和耐久 性W在延長的時間段內經受得住與飛機和汽車應用有關的環境。運些涂層含有交聯聚合物 框架用于初性和耐久性，在數十至數百納米的長度尺度上的多孔空隙和表面粗糖度W抑制 水的潤濕，抑制冰的成核的在涂層表面上和在貫穿涂層的界面處存在的納米顆粒層，磨損 后保持特性的均勻的結構，W及允許光基本上穿過涂層而沒有吸收或散射的結構。
[0063] 如在此所用，"防冰"（或等價地"疏冰"）表面或材料意味著在液體水或水蒸氣的存 在下，該表面或材料的特征在于W下能力：（i)降低水的冰點（在大氣壓下通常為〇°C)W及 (ii)在低于冰點的溫度下延遲水凍結的開始。
[0064] 應注意，在本說明書中，可W參考水"滴"，但是本發明并不限于可能存在或考慮到 的任何幾何形狀或相的水。同樣地，"7長"不一定表示純水。任何數量或類型的雜質或添加劑 可能存在于如在此參考的水中。
[0065] 在本發明的一些變體中，防冰涂層可W被設計為排斥水W及抑制水從液相固化 (凍結）、從氣相固化(凝華）、和/或從氣溶膠固化(結合的凍結-凝華）。優選地，防冰涂層能 夠在表面處既抑制結冰又抑制水潤濕。然而，應該認識到，在某些應用中，僅運些特性之一 可能是必要的。
[0066] 在一些變體中，本發明提供了一種透明防冰涂層，包括： (a) -種基本上連續的基體，該基體包括一種硬化材料； (b) 分散在該基體中的不對稱模板，運些模板抑制水的潤濕，其中運些不對稱模板具有 從約10納米至約300納米的長度尺度； (C)圍繞運些不對稱模板的至少一部分的多孔空隙，其中運些多孔空隙具有從約15納 米至約500納米的長度尺度；W及 (d)分散在該基體中的納米顆粒，運些納米顆粒抑制水的異相成核，其中運些納米顆粒 具有從約5納米至約50納米的平均尺寸。
[0067] 該透明防冰涂層的特征優選地在于在400皿至900nm的范圍內在一個或多個波長 下至少70%的透光率的涂層透明度。在一些實施例中，該涂層的透明度是在400皿至900皿 的范圍內（例如，58化m)在一個或多個波長下至少75%、至少80%、至少85%、至少90 %、至 少95%、或至少99%的透光率。注意運些涂層的透明度是穿過整個涂層厚度(例如，1微米至 1厘米)測量的，而不是限定的測試深度。參見實例和圖6。
[006引在一些實施例中，該涂層的透明度是在400nm至900nm的范圍內在所有波長下至少 75 %、至少80 %、至少85 %、至少90 %、或至少95 %的透光率。在一些實施例中，該涂層的透 明度是在400nm至70化m的范圍內、或400皿至80化m的范圍內在所有波長下至少75%、至少 80%、至少85%、至少90%、或至少95%的透光率。
[0069] 涂層的去濕和防冰性能由該涂層內的結構特征和組成特征的某些組合決定。該涂 層可W使用耐用（耐損傷)且堅初的交聯聚合物作為連續基體來形成。在該連續基體內，該 涂層中存在特征在于兩種不同長度尺度的兩種類型的顆粒，其分別控制水在表面處的潤濕 和凍結。
[0070] 第一種類型的顆粒是提升該連續基體內的孔隙率（多孔空隙）W及涂層表面處的 孔隙率(表面粗糖度)的不對稱模板。第二種類型的顆粒是抑制冰的異相成核的納米顆粒。
[0071] 如在此所預期，"空隙"或"多孔空隙"是封閉在該連續基體內的空的空間的或填充 有空氣或另一種氣體的空間的離散區域。運些空隙可W是開放的（例如，互連的空隙）或封 閉的（在該連續基體內隔離的）或它們的組合。運些空隙可W部分地圍繞模板或納米顆粒。 如在此所預期，"表面粗糖度"是指表面的紋理具有類似于多孔空隙但沒有被完全封閉在該 連續基體內的豎直偏差。在一些實施例中，所選的不對稱模板的尺寸與形狀將決定多孔空 隙的尺寸W及表征表面粗糖度的粗糖度參數二者。
[0072] 不對稱模板是Ξ維物體。"不對稱模板"缺乏長度尺度對稱，為了本披露的目的運 是指大于1.0的縱橫比。縱橫比被定義為該不對稱模板中的最大長度尺度與最小長度尺度 的比率。在一些實施例中，該不對稱模板的縱橫比是至少約1.05、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、 1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.5或更高。優選地，該縱橫比是至少1.5。在一個Ξ維物體中，恰好 1.0的縱橫比是指所有Ξ個特征長度尺度是相同的，如在完全立方體中。完全球體的縱橫比 也是1.0。因此，不對稱模板既不是球形的也不是立方體的。
[0073] 不對稱模板可W是幾何上對稱的或不對稱的。幾何上不對稱的模板將具有大于 1.0的縱橫比，由于缺乏幾何對稱與在該模板中的最大和最小長度尺度之間的差相關。一般 來講，隨機形狀