自然界中有许多动植物具有超疏水和自清洁功能,荷叶是最为典型的代表,水滴通过自由滚动并带走污物的自清洁现象被称为“荷叶效应”。受这一现象的启发,近年来,研究人员已经通过多种方法制备出了接触角大于1500,滚动角小于10°的超疏水表面。人们对超疏水表面的功能化应用充满美好的憧憬和期待,防冰／疏冰是超疏水表面应用的一个重要方面。理想的主动型防覆冰表面应该具有以下两种性能：过冷水滴在凝冰前能快速从表面滚掉,即滚动角要小；一旦水滴凝结成冰,冰在表面的粘附力要小,容易去除。研究发现,在低温高湿环境下,空气中的水蒸气会在超疏水表面微纳结构中冷凝,导致表面接触角减小和滚动角增大,甚至变成水滴完全粘附的表面,超疏水性部分或者全部丧失。然而,冻雨、湿雪正是发生在这样的环境下。因此,真正意义的防覆冰表面需要在这样的极端环境下仍能够满足上述两个条件。虽然已有研究者就超疏水表面的主动防覆冰功能进行了验证,而另外还有一些研究者仍持怀疑态度。他们认为随着冷凝的进行,冷凝液滴会进入超疏水表面的微纳结构中形成锚固作用,使表面的覆冰粘附力随着粗糙度的增加而增大。导致这些结果的不一致性除了是由于实验方法不同以外,实验样品的不同才是主要原因。当表面足够疏水后,可以阻止冷凝液滴进入微纳结构。本文针对超疏水表面在冷凝环境下是否还具有主动防冰／疏冰功能这个备受争议的问题,进行了系统的实验验证,并对不同表面修饰物的化学性质对其主动防冰／疏冰功能的影响进行了比较,主要研究内容及结果如下：(1)设计了四种不同润湿性的表面,采用全程控温控湿装置,在冷凝环境下测试了系列试样的接触角和滚动角；利用高速摄像技术跟踪过冷水滴冲击这些表面的动态过程,分析和计算了水滴运动过程中的特征变化形态,发现水滴在表面的回缩过程受表面粘滞性的影响最大；另外,还对这几种表面与冰的粘附力进行了测试。系统验证结果表明,受冷凝的作用,所有表面的粘滞性均变强,所幸的是PTES修饰的超疏水表面其滚动角从1°增加到22°(与荷叶相似),倾斜30°条件下单个水滴和连续水滴都能快速滚离表面；同时,该表面与冰的粘附力比极度亲水表面低8倍,没有观察到“锚固效应”。通过系统实验证明,在冷凝环境下仍保持滚动性的超疏水表面具有主动防冰/疏冰功能,在冷凝作用下超疏水表面的“空气垫”仍能较长时间保持是关键所在,这一结论对进行相关研究人员在关注焦点上具有指导意义。(2)选择了三种化学结构相似的氟链、碳链、硅链低表面能化合物,对具有相同微纳结构的基底进行修饰,得到三种超疏水表面,并测试了这三种表面在冷凝作用下的滚动角、冷凝水滴在表面的生长运动过程以及覆冰粘附力。结果表明,冷凝环境下化学修饰物的化学性质对表面性能影响很大,有些超疏水表面可保持滚动性而有些则转变为完全粘滞表面。超疏水表面化学修饰物的表面能和空间结构直接影响冷凝微滴在表面的生长和自迁移过程,可采用宏观或微观观测法直接观测冷凝液滴在表面的运动频率,运动频率越高的表面(如PTES超疏水表面)对表面超疏水性保持越有利,这为冷凝环境下主动防冰/疏冰材料的筛选提供了一种简单直观的方法。(3)本文在超疏水防覆冰研究的理论分析基础上对比了含硅类疏水和超疏水表面的防覆冰效果,指出了抗冷凝性差的超疏水表面在长期低温高湿防覆冰领域应用的局限性,此时疏水表面具有更好的防覆冰性能,这对防覆冰材料的选择和结构的研究有启发意义。(4)本文研究证明了超疏水表面在覆冰/融冰循环中的耐久性,并对其在自然环境中的抗老化性进行了初探。