透明的疏水性混合氧化物涂料和方法与流程

本申请是2017年8月18日提交的美国专利申请号15/681,140的部分延续案，并且是2016年8月19日提交的美国专利申请号15/242,372的部分延续案，其通过引用以其全部内容并入本文。本发明总体上涉及透明的疏水涂料，并且更具体地，涉及包含稀土氧化物的疏水涂料和将这种涂料涂覆(施加，applying)到基材(基底材料，substrate)(诸如玻璃)的表面的方法。
背景技术：
：控制表面的润湿性已成为科学研究的主题。大多数现有的疏水表面依赖于低表面能聚合物，如氟烷基硅烷(fluoroalkylsilane)，或低长度尺度(标度，scale)的图案化粗糙度。两种策略都有明显的缺点。例如，氟化聚合物缺乏耐磨性并且容易被紫外光降解。类似地，高粗糙度涂料通常易碎并且较差地适合恶劣环境。此外，这些涂料通常依赖于不易被规模化的复杂制造技术。飞机、汽车和其他透明性应用提供了另外的挑战。对于这些应用，疏水涂料应保持高的硬度、光学透明性以及耐酸和耐碱侵蚀性。此外，由于这些应用通常涉及热回火玻璃和化学回火玻璃(thermallyandchemicallytemperedglass)，所述回火玻璃在500℃或更高的温度下迅速失去其强度，期望具有固化温度在玻璃基材熔化或去回火(de-tempering)的安全限度内的涂料配制物。应当理解，需要一种应用具有环境上稳健的疏水性的改进疏水涂料的可规模化方法。改进的涂料应该对环境降解、机械磨损和重复应力具有稳健性，同时展现出固有的低表面能而无另外的表面图案化(patterning)。对于涉及例如透明的回火玻璃的应用，涂料应保持硬度、光学透明性以及耐酸和耐碱侵蚀性，同时具有在玻璃基材熔化或去回火的安全限度内的固化温度。本发明满足了这些需求并提供了进一步的相关优点。技术实现要素：本发明体现在疏水涂料和将疏水涂料涂覆到基材表面的方法中。在一个实施方式中，该方法包括将涂料组合物涂覆到表面并在约300℃至约600℃的固化温度下加热被涂覆的表面约2小时至约48小时的时间。通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法将涂料组合物涂覆到表面。涂料组合物包含钇化合物、选自铈化合物和氧化钇纳米颗粒的分散体的添加剂、水溶性聚合物、以及去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，基材是玻璃。在另一个实施方式中，对玻璃进行回火，并且可以进行热回火和化学回火两者。在进一步的实施方式中，玻璃可以是透明的。在又另一个实施方式中，基材是透明回火玻璃。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，固化温度是约450℃至约500℃。在另一个实施方式中，时间可以是约12小时至约24小时。在进一步的实施方式中，固化温度是约450℃，并且时间是约24小时。在更详细的实施方式中，方法进一步包括在加热之前允许基材的表面上的涂料组合物干燥的步骤。在可选的实施方式中，方法包括在加热之前干燥基材的表面上的涂料组合物的步骤。在又另一个实施方式中，加热步骤可包括以一种或多种变温速率(斜坡速率、缓变率，ramprates)从起始温度变温至固化温度。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，钇化合物选自乙酸钇、碳酸钇、氯化钇、氟化钇、氢氧化钇、金属钇、硝酸钇、草酸钇和硫酸钇。在进一步的实施方式中，钇化合物是乙酸钇。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，添加剂是铈化合物。在另外的实施方式中，铈化合物是铈化合物和乙酸钇的重量的约18％至约32％。在进一步的实施方式中，铈化合物是铈化合物和乙酸钇的重量的约26％。在另一个实施方式中，铈化合物是涂料组合物的重量的约0.3％至约0.6％。在进一步的实施方式中，铈化合物是涂料组合物的重量的约0.4％至约0.5％。在一个实施方式中，铈化合物是水溶性的。在另一个实施方式中，铈化合物选自溴化铈、氯化铈和硝酸铈。在进一步的实施方式中，铈化合物是微溶于水的(难溶于水的，sparinglywater-soluble)。在又另一个实施方式中，铈化合物选自乙酸铈和硫酸铈。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，添加剂是氧化钇纳米颗粒的分散体。在另外的实施方式中，氧化钇纳米颗粒的分散体是涂料组合物的重量的约0.1％至约5％。在进一步的实施方式中，氧化钇纳米颗粒的分散体是涂料组合物的重量的约0.5％至约1％。在一个实施方式中，固化温度是约300℃至约500℃。在进一步的实施方式中，固化温度是约300℃至约400℃。在一个实施方式中，固化时间可以是约2小时至约5小时。在进一步的实施方式中，固化时间可以是约2小时至约4小时。在进一步优选的实施方式中，固化温度可以是约300℃，并且时间可以是约2小时。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，水溶性聚合物选自聚(n-乙烯基吡咯烷酮)(poly(n-vinylpyrrolidone))、聚(乙烯胺)盐酸盐、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(环氧乙烷-b-氧化丙烯)(poly(ethyleneoxide-b-propyleneoxide))、聚(甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)(poly(n-iso-propylacrylamide))和聚(2-乙烯基吡啶)。在另一个实施方式中，水溶性聚合物是聚乙烯醇。在又另一个实施方式中，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约10％。在进一步的实施方式中，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约5％。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，水溶性醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。在另一个实施方式中，水溶性醇是异丙醇。在进一步的实施方式中，去离子水和水溶性醇以约2：1的比存在于溶剂溶液中。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。更详细的实例体现在将疏水涂料涂覆到玻璃表面的方法中。在一个实施方式中，该方法包括将涂料组合物涂覆到表面并在约450℃至约600℃的固化温度下加热被涂覆的表面约12小时至约48小时的时间。通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法将涂料组合物涂覆到表面。涂料组合物包含钇化合物、铈化合物、水溶性聚合物、以及去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。铈化合物是涂料组合物的重量的约0.3％至约0.6％，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约5％；以及去离子水与水溶性醇以约2：1的比存在于溶剂溶液中。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在其他实施方式中，钇化合物选自乙酸钇、碳酸钇、氯化钇、氟化钇、氢氧化钇、金属钇、硝酸钇、草酸钇和硫酸钇；铈化合物选自乙酸铈、溴化铈、氯化铈、硝酸铈和硫酸铈；水溶性聚合物选自聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯胺)盐酸盐、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(环氧乙烷-b-氧化丙烯)、聚(甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和聚(2-乙烯基吡啶)；以及水溶性醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在进一步的实施方式中，钇化合物是乙酸钇，铈化合物是氯化铈，水溶性聚合物是聚乙烯醇，水溶性醇是异丙醇，以及固化温度是约450℃和时间是约24小时。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。另一个更详细的实例体现在将疏水涂料涂覆到玻璃表面的方法中。在一个实施方式中，该方法包括将涂料组合物涂覆到表面并在约300℃至约400℃的固化温度下加热被涂覆的表面约2小时至约4小时的时间。通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法将涂料组合物涂覆到表面。涂料组合物包含钇化合物、氧化钇纳米颗粒的分散体、水溶性聚合物、以及去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。氧化钇纳米颗粒的分散体是涂料组合物的重量的约0.5％至约1％，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约5％；以及去离子水和水溶性醇以约2：1的比存在于溶剂溶液中。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在其他实施方式中，钇化合物选自乙酸钇、碳酸钇、氯化钇、氟化钇、氢氧化钇、金属钇、硝酸钇、草酸钇和硫酸钇；水溶性聚合物选自聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯胺)盐酸盐、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(环氧乙烷-b-氧化丙烯)、聚(甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和聚(2-乙烯基吡啶)；以及水溶性醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在进一步的实施方式中，钇化合物是乙酸钇，水溶性聚合物是聚乙烯醇，水溶性醇是异丙醇，以及固化温度是约300℃和时间是约2小时。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念组合。结合附图，通过下面对优选实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，附图通过实例的方式示例了本发明的原理。附图说明图1a-1c是显示根据一些实施方式的涂覆疏水涂料的方法的流程图。图2a和2b是显示根据一个实施方式的涂料厚度作为试剂摩尔浓度和水溶性聚合物含量的函数的图。图3是根据一个实施方式的用于降低固化温度的纳米颗粒“接种(seeding)”方法的图示。具体实施方式现在参考示例性附图的图1a-1c，显示了根据本发明的实施方式将疏水涂料涂覆到基材的表面的方法。在一个实施方式中，该方法包括将涂料组合物涂覆到表面的步骤110和加热被涂覆的表面的步骤130。在某些实施方式中，被涂覆的表面可以在约450℃至约600℃的固化温度下被加热约8小时至约(around)48小时的时间。在其他实施方式中，如下面将更详细描述的，可以实现约300℃至约500℃的固化温度持续约2小时至5小时的时间。涂料组合物通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法被涂覆。涂料组合物包含钇化合物；选自铈化合物和氧化钇纳米颗粒的分散体的添加剂；水溶性聚合物；和去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一些实施方式中，所得疏水涂料将展现出大于约90°、大于约95°、大于约100°、或大于约105°的水接触角。疏水涂料的厚度将超过约50nm、超过约75nm、超过约100nm、超过约125nm、超过约150nm、超过约200nm、超过约225nm、或超过约250nm。此外，疏水涂料对环境降解、机械磨损和重复应力具有稳健性。例如，在一些实施方式中，疏水涂料将展现出高的硬度、光学透明性以及耐酸和耐碱侵蚀性。该方法的另一个优点是固化温度在玻璃基材熔化和(在一些实施方式中)去回火的安全限度内。因此，该方法适用于将疏水涂料涂覆到例如玻璃基材的表面，该玻璃基材可以是热回火的、化学回火的或两者。这些有益特征中的许多在部分上由钇化合物和铈化合物或氧化钇纳米颗粒的分散体的添加剂的组合产生。钇本身展现出高的硬度、光学透明性以及耐酸和耐碱侵蚀性。然而，钇仅展示出适度的疏水性，即使在经受高温延长固化条件时，具有约85°的最大水接触角。此外，钇具有高熔化和结晶温度，其通常超过玻璃基材熔化或去回火的安全限度。铈在约200℃至约400℃的温度下结晶，其在玻璃基材熔化或去回火的安全限度内。然而，与钇一样，铈仅展示出适度的疏水性，即使在经受高温延长固化条件时，具有85°的最大水接触角。另外，铈本身展现出微红色(reddishcolor)，这对于透明性应用是不期望的。令人惊奇的是，包含钇化合物和铈化合物的组合的涂料组合物将导致混合体系，其具有钇的优选的光学品质和铈的降低的结晶温度。将铈化合物加入到钇晶格中促进了原子流动性并且在较低温度下驱向结晶。该组合进一步增加疏水性，具有大于约90°、大于约95°、大于约100°、或约105°的水接触角。通过包含钇化合物和氧化钇纳米颗粒的分散体的组合的涂料组合物获得了类似的结果，在一个实施方式中，氧化钇纳米颗粒具有与固化的疏水涂料相同的晶体结构。参考图3，这些氧化钇纳米颗粒促进目标疏水相的成核和晶体生长，并进一步抑制必需的固化温度。当涂料组合物被加热时，氧化钇纳米颗粒充当发展的(developing)氧化钇晶体的“种子”。换句话说，在有氧化钇纳米颗粒分散体的情况下，溶液中的钇和氧离子可以容易地在纳米颗粒上找到位点并产生另外的疏水结晶材料层。在无纳米颗粒种子的情况下，溶解的离子将面临成核障碍，其只能通过加入热能和增加固化温度来克服。因此，氧化钇纳米颗粒的分散体有效地降低了成核障碍，允许在与纯钇相比的降低的温度下发生结晶。在某些实施方式中，包含钇化合物和氧化钇纳米颗粒的分散体的组合的涂料组合物可以实现比通常预期的明显更低的固化温度和更少的固化时间。例如，在各种实施方式中，使涂料组合物结晶的固化温度可以在大约300℃至500℃之间，以及固化时间在大约2至5小时。在更具体的实施方式中，固化温度在大约300℃至400℃之间，以及固化时间在大约2至3小时之间。在甚至更具体的实施方式中，固化温度是大约300℃，以及固化时间是大约2小时。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。因此，在一个实施方式中，涂料组合物包含钇化合物和铈化合物或氧化钇纳米颗粒的分散体的添加剂。在另一个实施方式中，涂料组合物包含钇化合物和铈化合物与氧化钇纳米颗粒的分散体两者的添加剂。下表提供了可用于溶胶-凝胶合成的钇基化学试剂的化学式。在一个实施方式中，钇选自乙酸钇、碳酸钇、氯化钇、氟化钇、氢氧化钇、金属钇、硝酸钇、草酸钇和硫酸钇。在优选的实施方式中，钇是乙酸钇。钇化合物化学式乙酸钇y(c2h3o2)3·h2o碳酸钇y2(co3)3·h2o氯化钇ycl3·(h2o)6氟化钇yf3氢氧化钇y(oh)3·h2o金属钇y硝酸钇y(no3)3·h2o草酸钇y2(c2o4)3·h2o硫酸钇y2(so4)3·(h2o)8在一些实施方式中，涂料组合物包含铈化合物的添加剂。在一个实施方式中，铈化合物是铈化合物和乙酸钇的重量的约18％至约32％。在另一个实施方式中，铈化合物是铈化合物和乙酸钇的重量的约26％。在进一步的实施方式中，铈化合物是涂料组合物的重量的约0.3％至约0.6％。在另外的实施方式中，铈化合物是涂料组合物的重量的约0.4％至约0.5％。在一个实施方式中，铈化合物是水溶性的。水溶性铈化合物的实例包括溴化铈、氯化铈和硝酸铈。在另一个实施方式中，铈化合物是微溶于水的。微溶于水的铈化合物的实例包括乙酸铈和硫酸铈。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在其他实施方式中，涂料组合物包含氧化钇纳米颗粒的分散体的添加剂。氧化钇纳米颗粒的分散体优选与涂料组合物相容，并因此可以高水平加入而不沉淀。在一个实施方式中，氧化钇纳米颗粒的分散体是涂料组合物的重量的约0.1％至约5％。在优选的实施方式中，氧化钇纳米颗粒的分散体是涂料组合物的重量的约0.5％至约1％。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。涂料组合物的优选实施方式进一步包含水溶性聚合物。该水溶性聚合物组分用于增加最终疏水涂料的厚度。无水溶性聚合物的涂料组合物的疏水性质使其抵抗产生高厚度。参考图2a，在不加入水溶性聚合物的情况下所得涂料的最终厚度被限制至小于约30nm，这对于例如飞机玻璃窗户的稳健性能而言太薄。参考图2b，向涂料组合物中加入水溶性聚合物使最终涂料厚度增加至超过约50nm、超过约75nm、超过约100nm、超过约125nm、超过约150nm、超过约200nm、超过约225nm、或超过约250nm。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。在一个实施方式中，水溶性聚合物选自聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯胺)盐酸盐、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(环氧乙烷-b-氧化丙烯)、聚(甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和聚(2-乙烯基吡啶)。在进一步的实施方式中，水溶性聚合物是聚乙烯醇。在一个实施方式中，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约10％。在又另一个实施方式中，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约5％。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。涂料组合物的优选实施方式进一步包含去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。在一个实施方式中，水溶性醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。下表提供了一些水溶性醇的化学式和水溶性水平，但是可以使用任何其他水溶性醇。在另一个优选的实施方式中，去离子水和水溶性醇以约2：1的比存在于溶剂溶液中。每个特征或概念都是独立的，但可以与本申请中公开的任何其他特征或概念相结合。化合物化学式水中的溶解性异丙醇c3h8o可混溶的甲醇ch3oh可混溶的乙醇ch3ch2oh可混溶的丙醇ch3(ch2)2oh可混溶的丁醇ch3(ch2)3oh9g/100ml参考图1c，在一个实施方式中，该方法进一步包括制备涂料组合物的步骤100。在一个实施方式中，制备步骤包括将钇化合物、水溶性聚合物、和选自铈化合物和氧化钇的分散体的添加剂溶解在去离子水与水溶性醇的溶剂溶液中。在一个实施方式中，该方法包括通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法将涂料组合物涂覆到表面的步骤110。适当的方法或方法的组合的选择是本领域普通技术人员常规理解的。例如，流动或喷涂涂覆可适用于大部件或复杂形状，或者当需要两种不同的涂料时。浸渍涂覆可以是适合的，例如，在要涂覆整个部件的情况下。再次参考图1b和1c，在一个实施方式中，该方法进一步包括在加热之前允许基材的表面上的涂料组合物干燥的步骤120。在可选的实施方式中，方法包括在加热之前干燥基材的表面上的涂料组合物的步骤。在任一种情况下，涂料组合物可被允许干燥约1小时、约2小时、约3小时，或直至涂料组合物处于“生坯状态(greenstate)”。在一个实施方式中，该方法包括在约450℃至约600℃的固化温度下加热被涂覆的表面约8小时至约48小时的时间的步骤130。在一个实施方式中，时间是约12小时至约24小时。在优选的实施方式中，固化温度是约450℃，以及时间是约24小时。在另一个实施方式中，该方法包括在约300℃至约500℃的固化温度下加热被涂覆的表面约2小时至约5小时的时间的步骤130。在更具体的实施方式中，固化温度在大约300℃至400℃之间，以及固化时间在大约2至3小时之间。在优选的实施方式中，固化温度是约300℃和时间是约2小时。在进一步的实施方式中，加热步骤130包括以一个或多个变温速率从起始温度变温至固化温度。例如，可以选择变温速率以允许碳质副产物的缓慢排气而无气泡形成或涂料雾化(浑浊、模糊，hazing)的发展。一旦除去大部分化合物，可以增加变温速率直至达到固化温度。另一个实例体现在将疏水涂料涂覆到玻璃表面的方法中。在一个实施方式中，该方法包括将涂料组合物涂覆到表面并在约300℃至约600℃的固化温度下加热被涂覆的表面约2小时至约48小时的时间。在更具体的实施方式中，固化温度是约450℃至约600℃，以及固化时间是约12小时至约48小时。通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法将涂料组合物涂覆到表面。涂料组合物包含钇化合物、铈化合物、水溶性聚合物、以及去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。铈化合物是涂料组合物的重量的约0.3％至约0.6％，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约5％；以及去离子水和水溶性醇以约2：1的比存在于溶剂溶液中。在一个实施方式中，钇化合物选自乙酸钇、碳酸钇、氯化钇、氟化钇、氢氧化钇、金属钇、硝酸钇、草酸钇和硫酸钇。在一个实施方式中，铈化合物选自乙酸铈、溴化铈、氯化铈、硝酸铈和硫酸铈。在进一步的实施方式中，水溶性聚合物选自聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯胺)盐酸盐、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(环氧乙烷-b-氧化丙烯)、聚(甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和聚(2-乙烯基吡啶)。在又另一个实施方式中，水溶性醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。在一个实施方式中，钇化合物是乙酸钇。在另外的实施方式中，铈化合物是氯化铈。在进一步的实施方式中，水溶性聚合物是聚乙烯醇。在另一个实施方式中，水溶性醇是异丙醇。在又另一个实施方式中，固化温度是约450℃和时间是约24小时。另一个实例体现在将疏水涂料涂覆到玻璃表面的方法中。在一个实施方式中，该方法包括将涂料组合物涂覆到表面并在约300℃至约500℃的固化温度下加热被涂覆的表面约2小时至约5小时的时间。通过选自流动、浸渍和喷涂的涂覆方法将涂料组合物涂覆到表面。涂料组合物包含钇化合物、氧化钇纳米颗粒的分散体、水溶性聚合物、以及去离子水与水溶性醇的溶剂溶液。氧化钇纳米颗粒的分散体是涂料组合物的重量的约0.5％至约1％，水溶性聚合物是涂料组合物的重量的约1％至约5％；以及去离子水和水溶性醇以约2：1的比存在于溶剂溶液中。在一个实施方式中，钇化合物选自乙酸钇、碳酸钇、氯化钇、氟化钇、氢氧化钇、金属钇、硝酸钇、草酸钇和硫酸钇。在另外的实施方式中，水溶性聚合物选自聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯胺)盐酸盐、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(环氧乙烷-b-氧化丙烯)、聚(甲基丙烯酸)、聚(环氧乙烷)、聚(n-异丙基丙烯酰胺)和聚(2-乙烯基吡啶)。在进一步的实施方式中，水溶性醇选自异丙醇、甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。在一个实施方式中，钇化合物是乙酸钇。在另一个实施方式中，水溶性聚合物是聚乙烯醇。在进一步的实施方式中，水溶性醇是异丙醇。在另外的实施方式中，固化温度是约300℃和时间是约2小时。从前面的描述中应该理解，本发明提供了一种涂覆疏水涂料的可规模化方法，该疏水涂料展现出环境上稳健的疏水性。通过这些方法生产的涂料是疏水的；光学透明的；并且能抵抗环境降解、机械磨损、重复应力、以及酸和碱侵蚀性。此外，涂料足够厚以使性能稳健，并且固化温度在玻璃基材熔化和(在一些实施方式中)去回火的安全限度内。由于所有这些原因，本文所描述的方法和所得涂料对于飞机和汽车的透明性应用是理想的。描述了具体的方法、装置和材料，但是在本实施方式的实践或测试中可以使用与所描述的那些类似或等同的任何方法和材料。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与该实施方式所属领域的普通技术人员常规理解的含义相同的含义。如本文所用，术语“水溶性的”是指化合物是无限可溶于水的、非常可溶于水的、自由可溶于水的或可溶于水的，如这些术语被常规理解的。如果约1克材料需要约1毫升或更少的溶质来溶解，则通常认为材料是“非常可溶的”。如果约1克材料需要约1毫升至约10毫升溶质来溶解，则通常认为材料是“自由可溶的”。如果约1克材料需要约10毫升至30毫升溶质来溶解，则通常认为材料是“可溶的”。如果约1克材料需要约30毫升至约100毫升溶质来溶解，则通常认为材料是“微溶的”。在无进一步详述的情况下，相信本领域技术人员利用前面的描述可以最大限度地制造和使用本发明。本实施方式的其他目的、特征和优点通过以下具体实例将变得明显。具体实例虽然表明具体实施方式，但仅以示例的方式被提供。因此，本发明还包括在本发明的精神和范围内的那些各种变化和修改，这些变化和修改对于本领域技术人员而言从该详细描述中可以变得明显。以下实例仅是示例性的，并不以任何方式限制本公开内容。每个实例中描述的每个特征或概念都是独立的，并且可以与本申请中公开的任何其他特征或概念结合。实施例1用溶解在200ml的异丙醇和去离子水的1：2共溶剂混合物中的约5克乙酸钇涂覆玻璃表面。允许被涂覆的玻璃基材干燥约2小时，然后在环境大气中在约500℃下热处理约12小时。科学文献中一致认为氧化钇结晶在低于550℃的温度下进行得非常缓慢，这高于本实施例中使用的固化温度并超出玻璃基材的材料限度(熔点和去回火点)。被涂覆的玻璃的x射线衍射测量显示出与氧化钇的疏水相一致的峰。高峰宽度表明，正如预期的那样，氧化钇涂料是部分无定形的，需要更高的温度或更长的持续时间才能完全固化。用该方法得到的涂料厚度一般不超过20nm。参考图2a，涂料溶液摩尔浓度的进一步增加，直到最大试剂溶解度，未产生最终涂料厚度的明显增加。这种厚度限制被认为是由于涂料固有的疏水性干扰了在表面处的膜成核和生长。该实施例中涂料的性能是稍微可变的。被涂覆的玻璃的一些区域显示出疏水性，具有大于60°的水接触角，而其他区域显示出与玻璃表面更一致的更低的水接触角。考虑到这一点，并且涂料厚度小于玻璃基材的均方根(rms)粗糙度，尚未实现表面的完全覆盖。实施例2将约5克乙酸钇溶解在300毫升的异丙醇和去离子水的1：2共溶剂混合物中，并且用涂料组合物的重量的约1％的聚乙烯醇(pva)掺杂涂料组合物。pva易溶于涂料组合物中并起到增加其粘度的作用。pva进一步改进了表面的润湿条件，这促进了更厚的涂料正面并增加了最终的湿润涂料厚度。基于pva的基质允许表面具有更高的稀土原子含量和相当厚的涂料。在约2小时的干燥时间后，将被涂覆的基材在环境大气中在约500℃下固化约12小时。通过表面轮廓曲线仪测定的所得厚度超过50nm，远远超过实施例1的20nm限度。实施例3如实施例2中那样来制备涂料组合物，不同之处在于涂料组合物中pva含量增加至涂料组合物的重量的约2.5％。在约2小时的干燥时间后，将被涂覆的基材在环境大气中在约500℃下固化约12小时。参考图2b，该方法导致涂料厚度大于约150nm。实施例4如实施例2中那样制备涂料组合物，不同之处在于涂料组合物中pva含量增加至涂料组合物的重量的约5％。在约2小时的干燥时间后，将涂料基材在环境大气中在约500℃下固化约12小时。再次参考图2b，该过程导致约250nm的涂料厚度。实施例5如实施例2中那样制备涂料组合物，并用氯化铈掺杂，氯化铈的量在从涂料组合物的重量的约0.00％至约1％的范围内。在约2小时的干燥时间后，将涂料基材在环境大气中在约450℃至约500℃下固化约8小时至约48小时。下表示例了当涂料在约450℃的固化温度下被加热约12小时的时间时铈化合物对水接触角的影响。如所示，接触角从在无铈情况下的36°变化至在有约0.4％至约0.5％的铈的情况下的78°。这是由于氧化铈微晶的低温产生，氧化铈微晶充当氧化钇的成核位点。因此，促进了疏水氧化钇相的结晶，并降低了必需的固化温度。％铈重量％铈y2o3：ce水接触角0.00％0％36°0.02％1％44°0.07％3％41°0.11％5％59°0.16％7％62°0.23％10％60°0.27％12％64°0.32％14％64°0.37％16％77°0.41％18％71°0.46％20％78°下表显示了关于在约475℃下固化约12小时的时间的涂料的相同影响，虽然是增强的。这些被实现的水接触角超过80°。％铈重量％铈y2o3：ce水接触角0.23％10％51°0.27％12％57°0.32％14％64°0.37％16％71°0.41％18％78°0.46％20％85°实施例6用氯化铈掺杂来自实施例3的涂料组合物，氯化铈的量是涂料组合物的重量的约0.2％至约0.7％。在约2小时的干燥时间后，选择固化温度和持续时间以使疏水陶瓷涂料的结晶度最大化，从而提高水接触角，同时使回火玻璃基材的潜在降解最小化。下表显示了水接触角与固化温度和时间之间的关系。很明显，适度的固化温度可被使用较长的持续时间。用涂料组合物的重量的约0.4％至约0.5％的铈含量和约450℃的固化温度持续约24小时的时间，实现最大疏水性和经测量约105°的水接触角。这相当于包含溶解于去离子水与异丙醇的2：1共溶剂溶液中的约3.69克乙酸钇和约1.31克氯化铈的涂料组合物，其中pva是涂料组合物的重量的约2.5％。该涂料组合物展现出疏水晶相中的高密度、高结晶度和具有适当rms粗糙度的表面形态。较长的固化时间未导致在所观察到的水接触角中任何更进一步的增加。还实施了水接触角和雨水脱落(rainshedding)的表现(性能，performance)。由于雨水冲击，被涂覆的玻璃产生大于约100°的水接触角和最小的光学畸变。虽然向涂料组合物中加入铈化合物允许用于玻璃的可行的涂覆方法，但确实引入了机械硬度的降低。所混合的氧化物y2o3：ce涂料展示出比玻璃更高的硬度和耐刮擦性，但高铈含量使氧化钇涂料软化。考虑以下可选策略以实现更接近纯氧化钇中固有的最大硬度。实施例7用氧化钇纳米颗粒的水基胶态悬浮液掺杂来自实施例2的涂料组合物，氧化钇纳米颗粒的量按重量计约0％至约1％。引入氧化钇纳米颗粒的胶态分散体以代替涂料组合物中的铈化合物。胶体与现有的涂料组合物相容，并且可以高水平加入而不沉淀。所得的水接触角从在无氧化钇纳米晶体的情况下的约71°增加到在加入约0.5％的胶态悬浮液的情况下的约90°，并且上至在有约1％的胶态悬浮液的情况下的约99°。参考图3，这些氧化钇纳米颗粒促进目标疏水相的成核和晶体生长，并进一步抑制必需的固化温度。当涂料组合物被加热时，氧化钇纳米颗粒充当用于发展的氧化钇晶体的“种子”。换句话说，在有氧化钇纳米颗粒的分散体的情况下，溶液中的钇和氧离子可以容易地在纳米颗粒上找到位点并产生另外的疏水结晶材料层。在无纳米颗粒种子的情况下，溶解的离子将面临成核障碍，其只能通过加入热能和增加固化温度来克服。因此，氧化钇纳米颗粒的分散体有效地降低了成核障碍，允许在与纯钇相比的降低的温度下发生结晶。使用该策略，氯化铈可以部分程度或完全程度用氧化钇胶体来代替。疏水氧化物晶相将在具有适当晶格参数和电子环境的胶体微晶上遇到“种子”位点。实施例8将按重量计约0％至约1％的量的氧化钇纳米颗粒的水基胶态悬浮液加入到实施例2的涂料组合物中。氧化钇纳米颗粒的胶态分散体用于替代涂料组合物中的铈化合物。胶体与现有的涂料组合物相容，并且可以高水平加入而不沉淀。在300℃下热固化2小时之前，通过喷涂和流动方法涂覆基材。加入约0.67％的胶态悬浮液，所得水接触角超过90°；而加入约1％的胶态悬浮液，所得水接触角接近100°。用纳米颗粒结晶涂料所需的300℃固化温度从450℃——该温度是用加入铈来完全结晶氧化钇所需的温度——大大降低。因此，在某些实施方式中，纳米颗粒成核方法可以是抑制结晶温度的优选技术。仅参考当前优选的实施方式详细描述了本发明。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的情况下可以进行各种修改。因此，本发明仅由以下权利要求限定。当前第1页12