自然界中许多生物表面都呈现出微阵列结构的非光滑特征,阵列结构的不同形状、尺寸、间距及排列方式等使得生物表面呈现出各种独特的润湿特性,例如超疏水性、超亲水性、各向异性润湿性和定向润湿性等。而其中以沙漠甲虫、水稻叶等表面为代表的非均匀润湿性微阵列表面可实现液滴的滚动控制和定向运输以及雾气收集等操控行为,其作用原理在生化合成、干旱多雾地区水资源收集、油水分离等新兴领域具有重要应用价值。然而目前非均匀润湿性表面的制备过程复杂,基于金属基底的制备研究较少。本论文受沙漠甲虫、水稻叶等典型生物表面启发,在金属基体加工制备非均匀润湿性微阵列表面,系统地对它们在液滴操控及各向异性摩擦磨损等方面的应用进行了研究。本文首先利用FeCl3化学刻蚀和激光定域去除结合的方法,在45#钢基体上制备了非均匀润湿性微阵列表面,并对其液滴运输特性进行了研究。通过调节腐蚀及修饰时间实现表面滚动角从3°～50°范围的可控变化。实验表明,更宽的亲水凹槽宽度及更大的表面黏度亦可增大滚动角各向异性。所制备的楔形微阵列表面可实现液滴定向运输并在倾斜角为0°-15°范围内实现液滴的逆重力搬运;随着楔形角从2°增大到8°,液滴最大速率从80mm/s增大到160mm/s,更小的表面黏度及更小体积的液滴可提高液滴运输速率。针对上述液滴滚动及定向运输,建立了基于Furmidge理论的表面液滴定向运输模型。然后,通过提取沙漠甲虫背部、仙人掌针刺、水稻叶沟槽等典型生物的表面结构,利用激光加工技术制备了线形、楔形和圆点阵列等多种非均匀润湿性微阵列结构表面,研究了不同润湿性及微阵列结构对液滴收集效率的影响。实验结果表明,超疏水表面的液滴收集速率为1651mg/h,比未处理表面、超亲水表面及疏水表面分别高36%、25%及22%,而非均匀润湿性表面由于存在润湿差异,可加速液滴富集过程,其中圆点阵列的液滴收集速率为2697mg/h,比超疏水表面高 63%。最后,利用激光加工技术得到不同亲水/疏水面积比的非均匀润湿性条纹阵列表面,并研究了它们的摩擦学特性。结果表明,所制备表面呈现摩擦各向异性特征,垂直和平行两方向上的摩擦系数差值会随着疏水面积占比的增大而呈现出先减小后增大的趋势。磨损形貌的观察结果显示,干摩擦条件下样件表面发生了磨料磨损,而水润滑条件下,样件表面磨痕宽度更宽,磨痕深度更浅,被破坏的疏水微结构颗粒,随着水流迅速导入到亲水凹槽中从而实现减摩作用。这一研究展示了在非均匀润湿性表面实现智能摩擦控制的潜在可能性。