自从仿生“荷叶效应”的超疏水表面被报导以来,研究者从仿生学角度模拟自然界植物、动物表面的润湿性特点尝试了各种各样的方法制备超疏水涂层,并且一直关注着超疏水涂层在自清洁、防覆冰、耐腐蚀和油水分离等领域的应用研究。低温环境中的水滴结冰是一种常见的自然界现象,这种表面覆冰生长堆积的现象给人类社会带来诸多不便。材料的腐蚀是一种不可逆的自然界现象,材料的腐蚀问题已经成为威胁到世界工业发展的重大问题,提高金属材料的抗腐蚀能力迫在眉睫。超疏水涂层凭借其表面超强的憎水性特点受到众多研究者的青睐,并且为材料表面防覆冰与抗腐蚀研究提供了创新性思路。目前的超疏水涂层普遍存在机械稳定性和化学耐久性不足的问题,而且超疏水涂层的制备工艺复杂、原材料价格较高、氟化物污染等各类问题都将制约超疏水涂层的实际应用。随着超疏水领域的研究不断深入,存在的挑战、争议和盲区也日趋明显。超疏水涂层防覆冰特性的存在条件与机理待明确,仿生微纳结构、低表面能、小液滴结冰形核理论、结冰界面的能量转化和表面覆冰粘附力的关系需要进一步分析完善。超疏水涂层的耐蚀防护能力亟待提升,基于空气层阻隔作用的抗腐蚀机理仍需完善。而且目前仅具有单一功能的超疏水涂层已经无法满足时代发展对材料的要求,因此开发兼备防冰抗腐蚀功能一体化的超疏水涂层将成为研究发展的必然趋势。采用湿法化学刻蚀与无氟化硬脂酸改性的协同法在铝合金等表面快速制得了具有无规则微纳米粗糙结构的超疏水薄膜涂层。分析了强酸与强氧化剂协同刻蚀处理对获得表面粗糙结构的影响以及对硬脂酸改性后的表面润湿性影响,揭示了表面粗糙结构与超疏水表面水滴滚动角的关系。通过分析不同大小的水滴在超疏水表面的弹跳动力学特性,解释了超疏水涂层具备超低水滴滚动角的重要性,提出了获得小于1°的水滴滚动角可作为评价超疏水涂层具备表面防覆冰和自清洁特性的依据。测试分析了超疏水薄膜涂层的自清洁、防覆冰和抗腐蚀性能。采用激光织构化与无氟化硬脂酸改性的协同法调控铝基超疏水表面的润湿性,揭示了织构化几何形貌、阵列分布、表面化学成分等多因素耦合关系对获得表面超疏水特性和表面低水滴黏附性的影响,并借助摩擦学的原理分析且验证了激光织构化超疏水表面具有良好的机械稳定性。采用荧光标记水滴法检测到微小水滴在超疏水表面粗糙结构内部的移动穿梭行为。这种新方法拟于替代传统的Cassie-Baxter润湿性理论计算用于分析超疏水表面对空气层的捕获能力,阐明了具有相同水滴接触角的超疏水表面呈现出不同水滴滚动角的原因。设计并搭建了低温结冰粘附力测试装置,基于表面覆冰粘附力测试结果,阐明了较小的微纳米结构尺度有利于金属表面获得较低的水滴滚动角以实现表面防覆冰的效果,但并不利于表面积冰堆积后的去除。采用相同的无氟化硬脂酸接枝改性方法分别制得了具有二维和三维表面结构的超疏水涂层,这两种超疏水涂层在制备过程中的差异仅为是否添加亲水性的氧化锌粉末。通过分析并对比上述两种超疏水涂层的耐蚀性,提出了构建三维交错的表面结构可以提高超疏水涂层的抗腐蚀性能,阐明了超疏水涂层具备优异耐蚀性的条件。发现了具有阶梯层状结构的超疏水涂层可以延长超疏水表面的使用寿命,制得的超疏水STA-PDMS-Zn O涂层的表面水滴接触角为152°,水滴滚动角小于2°。采用无氟化三甲基乙氧基硅烷改性的纳米粒子与环氧树脂固化的协同法制得了具有微米级平滑且纳米级粗糙结构的纳米功能化超疏水涂层。通过水滴在涂层间的自由滑动现象、在涂层表面的反弹现象和弹跳现象诠释了制得的纳米功能化超疏水涂层具有超强的表面憎水性。这种无氟化超疏水涂层具有良好的机械稳定性和耐强酸与强碱的优异化学耐久性,而且该涂层兼备防冰抗腐蚀功能一体化特性。通过对高低温交变湿热试验箱进行改装,测试并验证了该涂层具有较强的延迟水滴结冰效果,即便表面发生结冰,该涂层与表面覆冰的粘附力仅为53.6 k Pa,涂层表面的覆冰易于除去,并通过水滴的分类形核理论、抑制形核能和三相界面之间的热力学关系阐述了纳米功能化超疏水涂层的防冰机理。在标准Na Cl腐蚀液中,这种涂层的腐蚀电流密度为3.744×10-10 A·cm-2,阻抗模量可以达到8×10~8Ω·cm~2水平,该涂层连续浸泡5天后仍然可以保持99.5%以上的腐蚀抑制效率,而且浸泡后的涂层表面仍然具备超疏水特性。