传统主动防/除冰方式多是基于融冰和破冰的思路,即先结冰,再除冰,不能从根本上解决问题,基于材料表面功能化改性的被动防冰思路,是目前重要的发展方向,即利用材料的本征属性,使材料表面具有防冰能力。本论文立足于仿生超疏水表面研究基础,在铝合金表面设计并构建了两种典型微纳米二级结构,经低表面能的氟硅烷修饰后得到超疏水表面。并开展两种表面过冷液滴的结晶过程研究和低温条件下防结冰性能的研究,探究不同微观粗糙结构对非润湿性能及防冰性能的作用机制,以期为超疏水防冰表面的应用做好基础理论研究工作。取得的主要研究成果如下:(1)采用水热合成工艺法,在光滑铝基表面构建两种典型微纳米结构:封闭式层状多孔结构和开放式锥状结构,经过氟化修饰处理都后都表现出良好的超疏水性能,能够迫使撞击液滴快速弹离表面(接触时间分别为11.2 ms和10.6 ms),并且液滴在超疏水表面上表现出极低的粘附力,分别为16μN和4.1μN,比光滑纯铝表面317.3μN降低了约两个数量级。分析认为,粗糙结构与液滴在微观尺度上固-液界面接触方式对液滴粘附力大小有重要影响,在光滑基体表面、层状多孔超疏水表面、锥状结构超疏水表面固-液界面接触方式分别为面接触、线接触、点接触,表面液滴粘附力依次下降。同时,在封闭层状多孔结构中毛细管粘附力引起的负压的作用进一步引起表面粘附力大于空气流动性较好的开放型锥状结构。(2)锥状结构超疏水表面比层状多孔结构超疏水表面表现出更好的冷凝液滴自驱离性能。开放型锥状结构超疏水表面由于其面极低的粘附力以及几何特殊性,可以防止液滴在底部形核钉扎,冷凝液滴可以在没有外力的条件下发生合并弹跳或水平方向的滚动,有效地控制表面冷凝液滴尺寸,在冷凝过程中有效控制直径小于10μm的液滴数量维持在80%以上,减少了表面霜的形核位置,显著增强了超疏水表面的防结霜性能。(3)在超疏水表面Cassie-Baxter特殊润湿界面模型下进行微小液滴的结冰形核长大机制研究,与光滑基体表面相比,超疏水表面表现出良好的结冰延迟性能(-10°C条件下,超疏水表面比光滑基体表面结冰时间延迟近50倍,同时DSC测试结冰温度结果低了8~12°C),通过建立液滴热传递模型分析热传导机制来研究液滴材料表面的防冰机理,具有粗糙结构的超疏水表面与液滴间的实际固-液界面实际接触面积小,有效降低了固-液界面的热传递效率,继而引起了极低的表面液滴形核率,减小了冰核的生长速率,使超疏水表面表现出良好的宏观防结冰性能。