结冰给人们日常生活及经济生产带来诸多不便,甚至会严重地威胁到人们的生命安全。然而,传统的抗结冰方法,如加热除冰、化学除冰和机械除冰等,不仅效率低、成本高、能耗高,还可能会对设备表面等造成损坏或者对环境造成污染,影响生态环境。因此,研究高效、经济、环境友好的抗结冰方法是非常有必要的。仿生超疏水表面因为表面独特的微纳米结构和低水滴黏附特性被认为是一种高效、环境友好的抗结冰表面。但是,在外力作用下,超疏水表面结构易受到外力破坏而使其疏水性下降,导致抗结冰性能下降。另外,结冰过程中,因为冰与超疏水之间存在冰黏附力,冰会锚定在超疏水表面,无法自动从表面脱落。为此,本研究通过设计超疏水表面结构,调控其微观形貌,使其具有持久抗结冰和低冰黏附力特性,从而达到超疏水表面持久抗结冰/除冰和自动除冰的目的。本论文的研究成果为设计具有持久抗结冰及低冰黏附特性的超疏水表面提供了有效的技术途径。以聚氨酯海绵(PU)为基底,利用聚多巴胺(PDA)的还原特性及黏附特性,将银氨离子还原为Ag纳米粒子并固定在基底表面,通过层层沉积的方法提高表面粗糙度,制备了耐压缩/拉伸的超疏水表面。这种超疏水表面可以耐受高达6000次的压缩、2000次的拉伸而保持疏水性,这种耐久性主要归因于Ag纳米粒子层、PDA层及聚氨酯海绵骨架之间的强相互作用。此外,所制备的超疏水表面还具有良好的抗结冰特性,延迟水滴结冰时间达到10000 s。即使经过4000次压缩后,水滴结冰延迟时间仍可以达到9300 s。为了降低冰与超疏水表面之间的黏附力,本论文通过多巴胺的自聚合并结合原位沉积Ag纳米粒子,制备了具有低冰黏附力的超疏水表面。通过调节银氨离子浓度控制Ag纳米粒子的沉积生长,可以增大超疏水表面的粗糙度,进而降低冰与表面之间的黏附力。冰与表面之间的黏附力最低可降至166.6 Pa,通过简单的挤压或者冷风吹动即可除去表面的冰,该结冰/除冰过程可以重复90次以上。为了实现超疏水表面抑霜和自动除冰,本论文将超疏水铜网及可分泌抗冻液的智能凝胶复合,制备具有自分泌功能的复合超疏水表面。凝胶由聚乙烯醇、乙二醇和水采用动态硼酸酯键交联而得到。在低温环境中,由乙二醇与水组成的抗冻液能够自动从凝胶中分泌出来,其分泌速率与凝胶中羧基含量和交联度有关。当凝胶中羧基含量高于0.73 wt%时,PVA COOH凝胶能够在室温下无抗冻液分泌,低温下自发分泌抗冻液。通过抗冻液的自动分泌,复合超疏水表面可以有效地抑制表面结霜,降低冰与表面之间的黏附力。其冰黏附力最低可以降至8 Pa,这主要是因为抗冻液通过毛细作用力迁移到冰与疏水表面的接触处,融化接触处的冰,从而使冰自动从复合超疏水表面脱落。经过5次结冰/除冰过程后,复合超疏水表面形貌并没有发生明显变化。