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近些年来,随着科学的进步,人们发现自然中具有很多值得我们学习和研究的特殊表面,所以兴起了仿生学的研究。在这之中,超疏水和水下超疏油表面因为其巨大的应用前景得到了研究者的广泛的关注,从而出现了一批仿生超疏水和水下超疏油表面。其中,这些水下超疏油表面因为表面的亲水性化学组成和多尺度的微纳米结构具有优良的水下超疏油性能,但是也因为水下超疏油表面对表面的微纳米结构的要求,导致得到的表面具有机械性能差、稳定性差的缺点。二氧化硅纳米粒子作为常见的无机纳米粒子,其不仅本身可以用来构筑微纳米级别的粗糙度,还可以作为增韧材料增韧聚合物基体。更重要的是,通过不同的硅烷偶联剂可以在其表面引入各种不同的官能团与不同单体进行反应,是构建具有优秀稳定性或机械性能的水下超疏油表面的理想原料。基于以上观点,本论文在合成MPS(甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)-SiO2纳米粒子的基础上,分别以其为原料制备双尺寸MPS-SiO2/PNIPAM杂化纳米粒子并与环氧树脂混合制备了水下超疏油涂层,和具有3D网络的半互穿MPS-SiO2/CS/P(AM-co-AA;)水下超疏油性纳米复合水凝胶。希望通过构建具有3D结构的微纳米尺寸的粗糙来达到耐磨损或者增韧的效果。论文主要的研究内容包含以下几个方面:(1)过溶胶凝胶法制备了不同粒径的MPS-SiO2,并以此为原料合成了双尺寸MPS-SiO2/PNIPAM杂化纳米粒子,并与环氧树脂混合制备了水下超疏油涂层(HN/ER-coating)。研究证明HN/ER-coating表现出优异的水下超疏油性,水下油的接触角为160.7 ± 1.420。同时,该涂层水下超疏油性具有高稳定性,即使在酸性、碱性和高离子强度的水环境中都能保持其水下超疏油性能。并且因为亲水聚合物保护与环氧树脂支撑作用,使其能在经过240目砂纸的40轮磨损后依然保持水下超疏油能力。更重要的是,HN/ER-coating还具有优异的耐腐蚀和抗生物污损的性能,在模拟测试人造海水中的缓蚀率可达到47.3%,能有效地防止碳钢腐蚀和生物污损,可扩大在工业领域的应用潜力。(2)采用原位水溶液聚合法,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为单体,以MPS-SiO2为交联剂,以壳聚糖(CS)为第二重网络,制备了半互穿MPS-SiO2/CS/P(AM-co-AA)水下超疏油性纳米复合水凝胶(SIPN-Gels9:i)。研究证明制备的SIPN-Gels9:1具有优秀的机械性能(拉伸强度:57.3 ± 2.4 kPa;拉伸应变:1540 ± 55%)和水下超疏油性能(OCA=157.4 土1.1°)。同时,其具有类似橡胶的可逆形变的自恢复能力,而且将切断的凝胶从新贴在一起具有断面自愈合的性能。另外,还探讨了碱和盐溶液对凝胶结构的影响,证实了碱和盐溶液对CS链段与AA和CS的物理键的影响,使凝胶的结构会有很大改变。将该凝胶涂覆于不锈钢网上进行油水分离的结果显示,其对多种油水混合物都具有很高的分离效率(>99%)。因此,得到的水凝胶在油水分离领域具有良好的应用前景。