率數據所證明的，此對比涂層是不透明的，示出了從400至900nm 的58%的平均透光率。而且運個樣品顯示出由于由附聚的納米顆粒的光的米氏散射在較小 的波長下較大的透射損失。
[0159] 對比實例2:沒有不對稱模板但具有與實例2相等的總二氧化娃質量的涂層。
[0160] 將BAC900(0.960g)與BYK-LP X 21261(7.5邑)混合。將此懸浮液混合1小時并且然 后加入0.575g的PC-233。將該懸浮液混合十分鐘并且然后用10密耳下拉棒施用在載玻片 上。允許該涂層干燥并且然后在8(TC烘箱中固化4小時。此涂層具有1:2.5:0的聚氨醋:膠體 二氧化娃:不對稱模板的干燥質量比（不存在不對稱模板）。
[0161] 如由圖6中的透光率數據所證明的，此對比涂層是不透明的，示出了從400至900nm 的41%的平均透光率。而且運個樣品顯示出由于由附聚的納米顆粒的光的米氏散射在較小 的波長下較大的透射損失。
[0162] 如對比實例1和2、W及圖6中所示的，在運些實例的條件下，缺乏不對稱模板導致 低透明度的涂層。
[0163] 涂層的濕潤測量。
[0164] 對于所有樣品（實例2、3、4、5、和7、和對比實例1和2)測量了水滴和表面之間的接 觸角，并且在表1中示出。在實例2-4和7W及對比實例1和2中使用的基礎聚氨醋具有80°的 接觸角，作為對照。 表1:測量的接觸角。
*聚合物:BYK膠體二氧化娃:不對稱模板干質量比。
[0165]實例2-5具有將降低水與該涂層的粘附性的高接觸角。實例3示出了添加額外的不 對稱模板(與實例2和4相比）導致較大的表面粗糖度和較高的接觸角。實例7示出了由于實 例7的涂層中的更加疏水的氣化基體聚合物的比實例2更高的接觸角。對比實例1和2表明不 對稱模板是優選的W產生對于高接觸角的表面粗糖度。
[016引烙點測量。
[0167]凍結的動力學延遲通過如下步驟測量:將四滴50-化的去離子水置于用熱電冷卻 器保持在-5°C的涂層表面上。測量最初在液滴中形成冰的時間并呈現在表2中。 表2:測量的凍結的動力學延遲。
*聚合物:BYK膠體二氧化娃:不對稱模板干質量比。 **在-5 °C的表面溫度下W秒計的凍結延遲。
[0168] 當運些涂層含有二氧化娃納米顆粒W抑制冰成核時，發現比對照聚氨醋樣品更長 的延遲時間。顯著地，實例5的涂層表現出不僅在運些樣品中的最高的凍結動力學延遲，而 且還有最高的透明度（圖6)。
[0169] 雖然對比實例1和2顯示出良好的冰形成延遲，運些涂層不是透明的，即它們不具 有在使用波長40011111至90011111的光下至少70%的透光率的涂層透明度。
[0170] 本發明的實際應用包括但不限于，車輛窗戶、光學鏡片、過濾器、儀器、傳感器、眼 鏡、照相機、衛星、武器系統、W及光伏玻璃。例如，汽車應用可W利用運些涂層W防止冰或 碎片在倒車照相機透鏡或倒車傳感器上的形成。在此所傳授的原理也可應用于自清潔材 料、抗粘附涂層、防腐蝕涂層等等。
[0171] 在本詳細說明中，已參考多個實施例和附圖，在附圖中通過圖示方式示出了本發 明的具體示例性實施例。對運些實施例做了充分詳細的說明W使本領域的技術人員能夠實 踐本發明，并且應理解，可W由技術人員對所披露的不同實施例作出修改。
[0172] 當上述方法和步驟表明某些事件W某種順序發生時，本領域普通技術人員將認識 到可W修改某些步驟的順序并且運些修改是根據本發明的變型進行的。另外，在可能時可 W在并行過程中同時執行某些步驟，也可順序執行某些步驟。本說明書中所引用的所有出 版物、專利和專利申請通過引用W其全部內容結合在此，就如同每個出版物、專利或專利申 請已經在此明確地且單獨地闡述。2012年12月7日提交的美國專利申請號13/708,642也W 其全文通過引用結合在此。
[0173] 上述實施例、變型和附圖應當提供本發明的實用性和通用性的指示。在不脫離本 發明的精神和范圍的情況下，也可W利用未提供在此闡述的所有特征和優點的其他實施 例。運樣的修改和變型被視為落入由權利要求書限定的本發明范圍內。
【主權項】
1. 一種透明防冰涂層，包含： (a) -種基本上連續的基體，該基體包括一種硬化材料； (b) 分散在所述基體中的不對稱模板，這些模板抑制水的潤濕，其中所述不對稱模板具 有從約10納米至約300納米的長度尺度； (c) 圍繞所述不對稱模板的至少一部分的多孔空隙，其中所述多孔空隙具有從約15納 米至約500納米的長度尺度；以及 (d) 分散在所述基體中的納米顆粒，這些納米顆粒抑制水的異相成核，其中所述納米顆 粒具有從約5納米至約50納米的平均尺寸。2. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述不對稱模板具有從約10納米至約100納 米的長度尺度。3. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述不對稱模板具有約1.5或更高的縱橫 比。4. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述多孔空隙具有從約20納米至約300納米 的長度尺度。5. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述納米顆粒是具有從約5納米至約50納米 的平均直徑的球形。6. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述納米顆粒的至少一部分被設置于所述 不對稱模板的表面上或鄰近這些表面。7. 如權利要求6所述的透明防冰涂層，其中所述納米顆粒用化學和/或物理方法結合到 所述不對稱模板上或與所述不對稱模板相關聯。8. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述涂層具有從約1微米至約1厘米的涂層 厚度。9. 如權利要求11所述的透明防冰涂層，其中所述涂層厚度為約5微米至約500微米。10. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述涂層具有從約5%至約20%的涂層孔 隙率。11. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述涂層具有每cm3的涂層體積從約108至 約10 11個空隙的空隙密度。12. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述硬化材料包括選自下組的一種交聯聚 合物，該組由以下各項組成：聚氨酯、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂一包括脲-甲醛樹脂 和苯酚-甲醛樹脂一、氨基甲酸酯、硅氧烷、醇酸樹脂、硫醇烯、以及它們的組合。13. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述不對稱模板包括選自下組的一種無機 材料，該組由以下各項組成：二氧化硅、硅酸鹽、碳酸鹽、氧化鋁、鋁硅酸鹽、以及它們的組 合。14. 如權利要求13所述的透明防冰涂層，其中所述不對稱模板包括各向異性的二氧化 娃顆粒。15. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述不對稱模板是用選自下組的一種化合 物進行表面改性的，該組由以下各項組成:脂肪酸、硅烷、烷基膦酸酯、烷基膦酸、烷基羧酸 酯、以及它們的組合。16. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述納米顆粒包括選自下組的一種納米材 料，該組由以下各項組成:二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋅、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚 氨酯、硅酮、以及它們的組合。17. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述納米顆粒是用選自下組的一種疏水材 料進彳丁表面改性的，該組由以下各項組成:烷基硅烷、氣烷基硅烷、烷基^娃氣燒、以及它們 的組合。18. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述涂層的特征在于冰熔點降到至少-5 Γ。19. 如權利要求1所述的透明防冰涂層，其中所述涂層的特征在于在-5°C的表面溫度下 至少5分鐘的水凍結的動力學延遲。20. -種用于透明防冰涂層的涂層前體，所述涂層前體包括： (a) -種能夠形成基本上連續的基體的可硬化材料； (b) 分散在所述可硬化材料內的不對稱模板，其中所述不對稱模板具有從約10納米至 約300納米的長度尺度；以及 (c) 分散在所述可硬化材料內的納米顆粒，其中所述納米顆粒具有從約5納米至約50納 米的平均尺寸。21. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述不對稱模板具有從約10納米至約100納米 的長度尺度。22. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述不對稱模板具有約1.5或更高的縱橫比。23. 如權利要求20所述的涂層前體，進一步包括圍繞所述不對稱模板的至少一部分的 多孔空隙，其中所述多孔空隙具有從約15納米至約500納米的長度尺度。24. 如權利要求23所述的涂層前體，其中所述多孔空隙具有從約20納米至約300納米的 長度尺度。25. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述納米顆粒是具有從約5納米至約50納米的 平均直徑的球形。26. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述納米顆粒用化學和/或物理方法結合到所 述不對稱模板上或與所述不對稱模板相關聯。27. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述可硬化材料是選自下組，該組由以下各項 組成：氨基甲酸酯、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂一包括脲-甲醛樹脂和苯酚-甲醛樹 月旨一、硅氧烷、醇酸樹脂、硫醇烯、醚、酯、酰胺、以及它們的組合。28. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述不對稱模板包括選自下組的一種無機材 料，該組由以下各項組成:二氧化硅、硅酸鹽、碳酸鹽、氧化鋁、鋁硅酸鹽、以及它們的組合。29. 如權利要求28所述的涂層前體，其中所述不對稱模板包括各向異性的二氧化硅顆 粒。30. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述不對稱模板是用選自下組的一種化合物 進行表面改性的，該組由以下各項組成:脂肪酸、硅烷、烷基膦酸酯、烷基膦酸、烷基羧酸酯、 以及它們的組合。31. 如權利要求20所述的涂層前體，其中所述納米顆粒包括選自下組的一種納米材料， 該組由以下各項組成：二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋅、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氨 酯、硅酮、以及它們的組合。32.如權利要求20所述的涂層前體，其中所述納米顆粒是用選自下組的一種疏水材料 進tx表面改性的，該組由以下各項組成:烷基娃焼、氣烷基娃焼、烷基 >娃氣焼、以及它們的 組合。
【專利摘要】披露了透明的、抗沖擊的防冰涂層。在一些變體中，透明防冰涂層包括：一種硬化材料的連續基體；抑制水的潤濕的不對稱模板，其中這些不對稱模板具有從約10-300納米的長度尺度；圍繞這些不對稱模板的多孔空隙，其中這些多孔空隙具有從約15-500納米的長度尺度；以及抑制水的異相成核的納米顆粒，其中這些納米顆粒具有從約5-50納米的平均尺寸。披露的涂層具有90％或更高的透光率的透明度。這些涂層利用可快速形成為涂層的輕質且對環境友好的材料。顆粒和不對稱模板在整個涂層上的均勻分布允許它被磨損，但仍保留其抗冰功能以及透明度。因此，如果表面在使用過程中受到損壞，新暴露的表面與被去除的表面相同，以延長壽命。
【IPC分類】C09D5/00, C09D7/12, C09K3/18
【公開號】CN105683306
【申請號】
【發明人】亞當·格羅斯, 安德魯·諾瓦克
【申請人】Hrl實驗室有限責任公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月8日