自然界中许多动植物表面(蝴蝶翅膀、水黾、荷叶等)都表现出优异的超疏水性,受生物仿生学启发,这类具有特殊润湿性的表面被广泛应用于自清洁、水下减阻、防雾、抗结冰等领域。学术界已提出多种技术/工艺来制备超疏水金属表面,但利用这些技术在金属表面构筑微纳米复合结构后,通常需要低表面能物质修饰,目前对无修饰的超疏水金属表面制备以及微纳米复合结构对Cassie状态稳定性影响的研究相对较少。本文详述了无需修饰的激光-电化学沉积制备跨尺度超疏水金属表面的方法,在铜表面制备了微米-亚微米-纳米层级结构,并讨论了其表面Cassie状态稳定性。皮秒激光烧蚀可高效构筑金属表面微米结构,电化学沉积可快速制备大面积纳米结构。基于激光烧蚀铜微凸起和电化学沉积镍纳米棱锥相结合的设计思路,激光烧蚀有序、规整、深沉的微凸起为电化学沉积的纳米棱锥提供保护,而纳米镍棱锥增大微米铜凸起表面纳米结构的丰富性,两者相互补充,共同构成微纳米复合结构和3D凹角结构。本文主要研究内容如下:(1)根据Wenzel和Cassie-Baxter方程分析多种微几何结构阵列表面润湿性,选用抛物面体作为本文优选的微米级阵列结构,提出跨尺度微米-亚微米-纳米层级结构设计策略。(2)分析不同加工阶段制备的样品,研究电化学沉积的丰富纳米结构对润湿性的影响。激光-电化学沉积制备的样品与仅激光烧蚀的样品表面微凸起阵列相似,但电化学沉积后的微凸起表面覆盖了致密的亚微米和纳米棱锥,形成了微米-亚微米-纳米跨尺度层级结构和3D凹角结构。在空气中放置30天后,两者均具有相对较高的疏水性,激光-电化学沉积制备的样品表面接触角为160°,滚动角仅为1°,而仅激光烧蚀的样品表面接触角为147°,滚动角为18°。(3)通过表面形貌、三维形貌分析和表面成分检测,研究了样品表面润湿性转换机理。激光-电化学沉积制备的样品表面具有典型的跨尺度层级结构(微米凸起及波纹、亚微米大棱锥、纳米小棱锥),成分检测发现铜基板表面存在疏水性NiO以及含碳有机化合物,这些结构特点和成分转变保证样品表面的超疏水性。(4)改变激光参数,制备具有不同尺寸微凸起的超疏水表面,研究了激光加工参数对微凸起表面形貌、尺寸、纵横比及润湿性的影响。结果表明,有序、规整且高纵横比的微凸起阵列沉积纳米棱锥后具有较高的疏水性。优化的激光烧蚀参数组合为:激光功率30%(9W)、重复频率2 MHz、扫描间隙20μm、扫描速度200 mm/s、扫描次数20次。样品表面接触角最高为162°,滚动角最低为1°。(5)测量了仅激光烧蚀样品表面和扫描间隙不同时激光-电化学沉积制备样品在常温(25°C)与低温(5°C)时的润湿性:所有样品表面在低温下的疏水性都有所降低。水滴弹跳试验表明:水滴在扫描间隙相当光斑直径且电化学沉积后的超疏水表面有3、4次完整的弹跳过程,此时Cassie状态最稳定,稳定的超疏水性与丰富的纳米棱锥和凹角结构的形成有关。液滴冷凝试验表明:稳定的Cassie状态得益于丰富纳米棱锥使冷凝液滴“跳开”,且扫描间隙相当于光斑直径时,微米间隙小于跳跃的临界尺寸。本文提供了一种无修饰高效制备跨尺度层级结构和3D凹角结构的金属超疏水表面制备方法,并讨论了微纳米复合结构对Cassie状态稳定性的影响,其优异的超疏水性和稳定性为交通运输、通讯、军事等场合提供了新的选择。