根据Cassie润湿理论可推定固-液接触面积的比例是决定粗糙固体表面能否具有超疏水性质主要因素,而表面的化学性质则为次要因素。为理论计算和实验验证这一推论,本研究利用了阳极氧化铝模板灌注法制备了高分子纳米管阵列表面,该表面具有极低的固-空比和单一的尺度。通过溶胶-凝胶浸渍的方法对纳米管阵列进行修饰,经SEM、XPS表征,验证了基于相同纳米管阵列构造且具有低、中、高表面能的表面的真实性,三种表面的CA(接触角)分别为168°,166°,155°,滚动角SA(滚动角)为1°,3.5°,12°,都呈现了超疏水性质。证实了Cassie理论中粗糙表面由于存在空气垫支撑作用,通过降低固-液接触比例,可以获得优异的超疏水性；而且几种表面的浸润性似乎不依赖于其表面的化学性质的推断,也得到了实验的佐证。从热力学来看,材料的表面润湿状态应取决于其化学性质,但是三种具有不同低、中、高表面能的纳米管阵列表面都呈现出超疏水性质,因此从动力学上来看,该状态应是处在亚稳态阶段。在纳米管阵列表面是存在静压力(润湿)能垒的,当外界应力小于能垒时,润湿体系中起主要作用的是表面结构因素；当外界应力大于能垒时,体系由其化学特性所决定。表面结构相同具有不同化学性质的表面其静压力能垒不同,高表面能的能垒低、低表面能的能垒高。本文通过液滴冲击,机械压迫,液压的方式对三种表面施加外应力,证实不同化学性质表面的超疏水稳定性存在差异,即稳定性与表面性质呈正相关,低表面能表面的耐外应力能力最高。但当外界应力超过能垒时,所有表面的超疏水性将丧失且不能自动恢复,实验结果表明超疏水状态是不稳定的,处在动力学中的亚稳态阶段,只要外界应力不越过能垒,超疏水状态能长期保持,但是一旦能垒被彻底冲破,超疏水状态将完全丧失且不能自动恢复。超疏水性能有着广泛的应用潜质,其中防覆冰功能是科技工作者感兴趣的方向之一。理想的防覆冰应使过冷水无法在表面粘附、凝冰,或即使覆冰,覆冰粘附力应足够小,能够在自然力或人工协助下除去。大量的研究成果证实了超疏水表面可以使过冷水在其表面发生反弹、滚离实现短暂的防覆冰。然而,超疏水表面在长期低温高湿的条件下会发生过冷水冷凝而丧失了超疏水性,此时过冷水发生粘附无法自动脱离。鉴于超疏水表面在防覆冰领域应用的局限性,超低粘附力的被动防覆冰涂层可以降低除冰难度,弥补超疏水只能短期防覆冰的短板,正受到人们的重点关注。本文从氟基、硅基低表面能材料出发,研究涂层的疏冰特性,并设计了一种覆冰粘附力极低,制备简单,应用方便,无极性基团的有机硅涂层,并对其表面的覆冰粘附力和防覆冰机理进行了分析。本论文的主要研究成果和创新点如下：(1)设计并制备了不同化学性质的高分子纳米管阵列表面,对基于该结构的不同化学性质表面的超疏水性进行了研究。实现了以纳米级阵列结构为基础的亲水材料的超疏水化。(2)提出了超疏水性质存在不稳定性,处于动力学中的亚稳态阶段。通过施加冲击压力,机械压迫力,液压等外应力,证实了能垒是高分子纳米管阵列超疏水性质稳定性的制约因素,外界应力的大小会促使Cassie状态发生部分和完全转变,将超疏水的稳定性研究的尺度拓展至可理论研究的纳米范畴。(3)通过对含氟超疏水和疏水表面的防覆冰效果进行了研究,提出了在长期低温高湿环境下,材料的疏冰性能主要受材料的表面化学性质控制,表面的构造起次要作用；而且由于冷凝和粗糙结构锚固的作用,含氟超疏水表面的微-纳结构反而会增加覆冰粘附强度,降低除冰的难度。(4)设计了并合成了被动防覆冰硅基涂层。通过添加表面进行过疏水化修饰的气相二氧化硅,增强了涂层的机械强度同时封闭了极性基团,获得了一种只有裸铝表面3%覆冰粘附强度的涂层。并首次对过冷水在该低粘附表面的动态-平衡过程进行了细致分析。该涂层有望在架空输变电设备中使用,降低冰害损失。