荷叶表面上自由滚动的水滴能带走附着的灰尘和杂质,这种自清洁特性称为“荷叶效应”。近年来,人们已认识到由微纳米复合结构形成的超疏水表面是产生自清洁效应的关键,并从微观角度阐述了形成“荷叶效应”的机制。受此启发,研究人员制备了不同的人工超疏水表面,并在自清洁、流动减阻、抗冰霜、耐腐蚀和生物医学等领域得到广泛应用。本文首先通过实验手段复现了实际应用中外界环境因素给疏水表面带来的影响,系统地研究了表面改性前后及不同改性程度对液滴受力和滚动性能的影响。实验选取荷叶表面作为疏水材料,以溅射不同厚度金属铂的方式对表面进行处理,模拟表面疏水性的退化,并且测量了毫米级液滴在不同表面和不同倾角下的滚动规律。实验结果表明,随喷铂时长的增加,荷叶表面的疏水性逐渐降低,液滴的静态接触角逐渐减小,表面上液滴的滚动能力降低;另外液滴在几种处理表面上均以匀加速的形式滚动,其加速度随倾角增大逐渐增大,滚动阻力和接触长度也都逐渐增大且与倾角近似呈线性关系;由实验结果分析出,接触角和接触长度是影响液滴滚动的两个因素。其次,基于液滴滚动过程的界面能分析,建立了疏水表面上液滴滚动的受力模型,得出了阻力与静态接触角和接触宽度的函数关系;随后又推导了滚动加速度公式,显示其可由静态接触角、斜面倾角及液滴体积直接计算。另外进一步将加速度的计算值与实验值进行对比,显示计算值与实验值较粗糙地符合,并又对滚动加速度进行了修正。从工程意义出发,我们定量了不同程度表面改性对液滴滚动性能的影响,并能够从工程角度进行控制。最后,基于液滴的两个经典接触理论,推导了规则圆柱微结构疏水表面上液滴的临界接触角与表面微观参数的关系,并通过改变微结构参数分析了易于液滴滚动的Cassie稳定状态的变化。结果表明,随柱间距增大,液滴处于Cassie状态的接触角逐渐增大,与临界接触角逐渐接近,液滴的Cassie状态也趋于不稳定、且易发生状态转换,并表明Cassie接触角与临界接触角的接近程度可作为判断液滴稳定状态的依据;另外液滴体积越大越容易发生状态转换,反之液滴容易处于稳定的Cassie状态。在设计制备具有微观结构的疏水表面时,可预先计算微结构的Cassie和临界接触角的模型曲线,了解二者的接近程度,以指导设计表面微观结构,使得液滴处于稳定的Cassie状态,以致液滴能够容易、快速地从表面排出,有利于表面的自清洁。