的不對稱模板是幾何上不對稱的。在一些實施例中，不對稱模板是幾何上對 稱的。實例包括圓柱體、錐形體、矩形棱柱、棱錐、或Ξ維星狀物，條件是特定物體的Ξ個相 關的長度尺度不是都相同的。
[0074] 運些不對稱模板優選地具有的長度尺度為從約10納米至約300納米，如從約10納 米至約100納米。在此，"長度尺度"可W指的是具有任意形狀的模板的有效直徑，或在給定 維度上模板材料的平均長度。例如，運些不對稱模板可具有的一個或多個長度尺度為約 5nm、lOnm、15nm、20nm、25nm、40nm、50nm、60nm、75nm、lOOnm、125nm、150nm、175nm、200nm、 250墜、300歷、325歷、350墜、或400墜的距離，包括為所列舉的數值中任一項的中間值的任 何距離。在一些實施例中，對于不對稱模板的最大長度尺度是對于特定的應用，選定的光波 長、或光的平均波長。
[0075] 在優選實施例中，運些不對稱模板是各向異性的。如在此所指，"各向異性的"模板 具有取決于方向的至少一種化學或物理性質。當沿著不同的軸線測量時，各向異性的模板 將具有可測特性的一些變化。該特性本質上可W是物理的（例如，幾何形狀)或化學的，或兼 有之。沿著多個軸線變化的特性可W僅僅是存在本體;例如，理想的球形將是幾何學上各向 同性的，然而Ξ維星形將是各向異性的。化學各向異性的模板的組成可W例如通過化學改 性的表面從表面到體相而不同。沿著不同軸線測量的化學性質或物理性質的變化量可W是 5%、10%、20%、30%、40%、50%、75%、100% 或更多。
[0076] 在某些實施例中不對稱模板具有lOnm的最小尺寸;大于1，優選約1.5或更高，并且 更優選約2的更高的縱橫比；和300nm的最大尺寸。
[0077] 在一些實施例中，運些不對稱模板具有各向異性的針狀形狀。"針狀"是指特征為 從中屯、點福射出的大量細長但剛性的針狀晶體的晶體慣態(外部形狀）。在一些實施例中， 運些不對稱模板具有各向異性"偏Ξ角面體的"晶體慣態或星形的晶體慣態。例如，針狀或 偏Ξ角面體的不對稱模板可具有從約lOnm至約300nm的平均粒徑，其中單獨的針形突起(或 星形突起)具有從大約2至大約20的縱橫比。在一些實施例中，運些不對稱模板具有各向異 性的棱柱形狀，該棱柱形狀具有通常不如針狀形狀的針鋒利的葉片狀物。在本發明的上下 文中，各向異性的不對稱模板也可能是各種其他菱面體、板狀(tabular)形式、棱柱、或偏Ξ 角面體。
[0078] 在一些實施例中，運些不對稱模板可W被表征為膠體模板、離散模板或不對稱夾 雜物。運些不對稱模板在涂層中不是單一的、連續的框架。相反，運些不對稱模板是不連續 的并且分散在連續基體中。
[0079] 運些不對稱模板本身可W具有多個長度尺度。例如，運些不對稱模板可W具有平 均總粒徑W及與孔隙率、表面積、表面層、子層、突起或其他物理特征相關的另一個長度尺 度。
[0080] 運些不對稱模板優選地被選擇為使得它們將不散射光并使涂層不透明。為了更好 地實現運個目標，除了上面所討論的大小限制外，顆粒之間的折射率的變化應該被最小化。 也就是說，如果采用多種類型(化學組成或幾何形狀)的不對稱模板，則它們應該所有都具 有類似的折射率。不對稱模板的折射率可W是，例如，從約1.2至約1.8,例如約1.40,約 1.45,約 1.50,約 1.55,或約 1.60。
[0081] 此外，連續基體材料的折射率應類似于不對稱模板材料的折射率。連續基體材料 的折射率可W是，例如，從約1.2至約1.8,例如約1.40,約1.45,約1.50,約1.55,或約1.60。 在一些實施例中，不對稱模板的平均折射率ΠΑΤ與連續基體的平均折射率ncM的比率為約0.5 至約1.5，如ΠΑτ/ncM為約0.8至約1.2，優選約0.95至約1.05，其中接近riAT/ncM= 1.0的值是最 優選的。
[0082] 優選地，運些不對稱模板均勻地分散在該連續基體中。分散在連續基體內的不對 稱模板產生多孔空隙。運些多孔空隙優選具有的長度尺度為從約10納米至約500納米，如從 約20納米至約300納米。例如，運些多孔空隙可具有的一個或多個長度尺度為約10nm、20nm、 30nm、40nm、50nm、75nm、1 OOnm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、或 500nm 的 距離，包括為所列舉的數值中任一項的中間值的任何距離。在一些實施例中，對于特定的應 用，多孔空隙的最大長度尺度是選定的光波長、或光的平均波長。應注意的是在一些實施例 中，多孔空隙在尺寸上可W與光的波長類似，或甚至大于光的波長。
[0083] 典型地，即使當運些不對稱模板全部的特征在于一種特定幾何結構時，運些模板 形成的多孔空隙的形狀和尺寸將是隨機的。因此，多孔空隙的長度尺度可W是例如具有任 意形狀的多孔空隙的有效直徑，或相鄰顆粒之間的最小距離或最大距離，等等。
[0084] 典型地，多孔空隙的尺寸主要是不對稱模板的尺寸和形狀的函數。運并不意味著 空隙的尺寸與不對稱模板的尺寸一樣。取決于模板的性質、堆積密度、W及生產該結構的方 法，多孔空隙的長度尺度可W比不對稱模板的長度尺度更小或更大。在一些實施例中，多孔 空隙的平均尺寸小于不對稱模板的平均尺寸。例如，在某些實施例中，不對稱模板具有約 lOOnm的平均長度尺度，而相關的多孔空隙具有約50nm的平均長度尺度。
[0085] 如下面所討論的，多孔空隙在固化和/或干燥過程中形成。沒有模板或其他材料需 要從涂層中被提取W到達最終結構中的多孔空隙，即圍繞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。
[0086] 在一些實施例中，該涂層具有如通過壓隸法或另一種技術所測量的從約3%至約 40%，例如約5%至約20%的平均孔隙率。在一些實施例中，該涂層具有的平均空隙密度為 每cm3(涂層體積)從約1〇8至約1〇11個空隙，例如每cm3約5X108、109、10l<^10ll、或5X10ll個 空隙。在一些實施例中，該涂層具有從大約0.1至大約0.5g/cm3，例如，大約0.15、0.2、0.25、 0.3、0.35或0.4g/cm3的不對稱模板的平均密度。
[0087] 不對稱模板在連續基體的表面上產生表面粗糖度，該表面粗糖度優選具有的長度 尺度為從大約10納米至大約500納米，例如，從大約50納米至大約200納米。表面粗糖度的長 度尺度可W是本領域中已知的任意數目的粗糖度參數，例如但不限于，絕對偏差值的算數 平均值、均方根偏差、最大谷深、最大峰高、偏斜度、或峰度。例如，表面粗糖度可具有約 10nm、25nm、50nm、75nm、lOOnm、15011111、200]1111、250]1111、350]1111、400]1111、500]11]1的一個或多個粗糖 度參數，包括為所列舉的數值中任一項的中間值的任何距離。
[0088] 表面粗糖度的長度尺度可W類似于多孔空隙的長度尺度，運是由下列所引起的： 多孔空隙和表面粗糖度兩者都至少部分因存在相同不對稱模板而產生。然而，還應當指出， 納米顆粒可W貢獻某種程度的表面粗糖度，獨立于不對稱模板的貢獻。雖然某些上述粗糖 度參數可能由于小納米顆粒偏差更大，但是由納米顆粒所引起的表面粗糖度典型地是較小 的貢獻。
[0089] 在一些實施例中，連續基體和不對稱模板在涂層表面處的粗糖度的長度尺度上是 均勻的。涂層表面優選不具有從表面突出的高縱橫比（垂直于表面)的子結構。
[0090] 納米顆粒被分散在該連續基體內；具體地，納米顆粒可W覆蓋孔壁(即多孔空隙的 壁)和不對稱模板的表面。納米顆粒優選具有從大約5nm至大約50nm，例如大約lOnm至大約 25nm的長度尺度。在此，納米顆粒長度尺度是指，例如，球體的直徑、矩形的高度或寬度、圓 柱體的高度或直徑、立方體的長度、具有任意形狀的納米顆粒的有效直徑等等。例如，納米 顆粒可具有的一個或多個長度尺度為約2皿、3皿、4皿、5皿、6皿、7皿、8皿、10皿、15皿、20皿、 25皿、30皿、35皿、40皿、45皿或50皿的距離，包括為所列舉的數值中任一項的中間值的任何 距離。
[0091] 不對稱模板優選地均勻地分散于連續基體內。納米顆粒可W用化學和/或物理方 法結合到不對稱模板上或W其他方式與不對稱模板相關聯。可替代地，或附加地，納米顆粒 可W均勻地分散在連續基體內，但不一定直接與不對稱模板相關聯。在多孔空隙內，納米顆 粒可w沉積在孔隙內表面上。然而，納米顆粒在整個孔隙上不應當是連續的，即納米顆粒不 應當產生互穿子結構。
[0092] 不局限于任何假說，據信不對稱模板W及與之相關聯的多孔空隙和表面粗糖度， 抑制水滲透并提供抗潤濕表面。據信，納米顆粒使冰的烙點降低，即降低水將能夠凍結的溫 度。此外，納米顆粒可W充當乳化劑并改變基體-空氣的相互作用，W影響基體(例如，聚合 物）如何在更大的不對稱模板周圍潤濕。連續基體向涂層提供耐久性、抗沖擊性W及耐磨 性。存在貫穿薄膜的Z軸方向的均勻性，運樣如果該涂層的某些部分丟失(盡管耐磨損性）， 其余部分保留抑制水的潤濕和凍結的能力。
[0093] 由于多個長度尺度和產生強去濕性能的分層結構，連續基體材料和不對稱模板不 一定需要是強疏水性的。基于W下示出的凱西-己克斯特(Cassie-Baxter)方程式，涂層的 孔隙率放大了疏水性。納米顆粒只需要是稍微疏水的。運與本領域中的傳授內容相反-即， 涂覆組分應當具有高固有疏水性。如W下進一步解釋的，涂層的任何單個組分可具有親水 特征，只要總涂層是疏水性的（Θη$〉90° )。
[0094] 此外，在本發明的實施例中，涂層形態避免從外表面的單層的高縱橫比突起。運樣 的突起(典型地由無機氧化物制成)可能容易因表面接觸而被磨損并且可能會使涂層不耐 用。在此處的實施例中，在沒有運樣的突起，連同存在耐用的連續基體(例如，堅初的聚合物 骨架)的情況下，給予最終涂層良好的耐磨性和抗沖擊性。
[0095] 在一些實施例中，涂層提供重復的自相似結構，其允許涂層在使用期間被磨損，同 時保留抗潤濕和防冰特性。如果表面由于環境事件或影響而被修改，則涂層的自相似性質 允許新露出的表面呈現一個與被去除涂層相同的涂層。
[0096] 如凱西-己克斯特(Cassie-Baxter)方程式中所述的，涂層的抗潤濕特征至少部分 是通過表面粗糖度產生的，該表面粗糖度增加水與基材的有效接觸角： cos9；i*= Ψ@|φ(ο〇8 白 其中咕效是水的有效接觸角，Φηψ是當俯視表面時固體材料的面積分數，且Θηφ是由涂 層中的材料形成的假想無孔平坦表面上的水的接觸角。假設液滴表面處的水-空氣界面，產 生了與空氣相關的180°最大接觸角（cos 180° =-1)。當Θ徽<90°時產生親水表面，而當目徽〉