飞机表面关键部位结冰经常会带来很多问题,甚至给飞行安全带来隐患。尽管传统除冰方法可以一定程度上解决结冰问题,但是会导致飞机的结构设计复杂和燃油效率降低,因此需要开发出一种新型的防除冰方法。超疏水表面由于可以延迟液滴结冰时间和降低冰层黏附强度而在防除冰领域具有良好的应用前景。本论文通过在铝合金表面构造出微观结构和降低表面自由能来制备具有高防冰性能的超疏水表面,研究表面微观结构对润湿性能的影响机制,分析表面冷凝液滴自发弹跳行为、液滴结冰延迟时间、冰层附着强度以及霜层扩展过程。得出的主要结论有:(1)以铝合金为基体材料,首先通过电化学刻蚀的方法构造出微米级块状结构,随后经过水热处理在块状结构表面生长一层纳米级线状结构,最后将这种微纳米分级结构表面置于氟硅烷(FAS-17)中修饰得到超疏水表面。经过对不同结构表面润湿性的对比研究发现:电化学刻蚀过程中控制电压6 V,时间2 h以及水热处理时间为5 h的时候得到最佳疏水性能,其表面液滴静态接触角为164°,滚动角为1.5°。(2)通过研究液滴以一定速度撞击超疏水表面后的运动过程分析微观结构对表面动态斥水性能的影响。在光滑表面上撞击液滴在接触表面后不能反弹离开,而在微纳米分级结构表面撞击液滴在经过铺展、收缩后会反弹离开表面,其与表面的接触时间为9.8 ms,在微米级结构和纳米级结构表面的撞击液滴接触时间分别为12.4 ms和11.6 ms,这是因为超疏水表面特殊的微观结构,可以降低液滴铺展、收缩过程中的粘滞阻力,因此液滴可以迅速弹离试样表面。(3)微米级表面、纳米级表面和微纳米分级结构表面均能有效延长液滴的结冰时间,液滴在基体表面的结冰时间仅为11.3 s,而微纳米分级结构表面液滴结冰时间能延长到1697 s,其表面特殊的微观结构大幅度降低了与液滴的实际接触面积,导致液滴与表面极低的热传递效率,因而液滴需要大量时间来完成过冷过程,且结冰后表面冰层的黏附强度仅有35.7 kPa,相比于光滑表面下降了约20倍。在对三种表面的结霜过程分析中发现,在纳米级表面和微纳米分级结构表面上液滴在冷凝过程中会发生自发弹跳现象,即两颗或多颗冷凝液滴相互合并,随后在表面能的作用下自发弹离表面,这种冷凝液滴自运动是引起超疏水表面有效延缓霜层扩展的重要因素,而复合结构表面由于更低的粘滞阻力而表现出较高的防霜性能。