本文发现生物表面经过演变已具有独特的依赖于微纳米结构的浸润特性调控能力，可为新材料设计提供指导。我们深入揭示了筛器类蜘蛛丝的定向集水能力及湿重构的多梯度协同效应机理。并理解其多梯度结构协同机制。通过运用多种聚合物材料，开发了新颖的涂层技术与方法，设计和制备了一系列具有不同尺度范围的纤维材料以及功能性类蜘蛛丝纤维材料。同时实现了纤维材料表面由于多梯度协同效应对液滴方向性运动和水的捕捉能力的调控，以及可逆环境湿度响应性的调控研究，证实了多梯度协同效应在一维材料界面上的集水特性的有效性。此外，我们通过理解荷叶，蝴蝶翅膀等生物表面的梯度浸润性特性，运用有机无及复合材料，制备了系列的类荷叶和类蝴蝶翅膀的梯度微纳米结构复合的表面。由于微纳米梯度界面的协同作用，这些表面体现了较卓越的低温憎水性和防覆冰性。通过集成多梯度概念，在各种材料表面设计和制备了不同多梯度结构及异质浸润性图案，实现了水凝结液滴的定向驱动、高效集水能力等方面的研究。这些研究为进一步发展工业、农业、航空航天、军事装备等领域中具有高湿度、低温环境，微流控制等实用材料的设计提供参考。