飞行器表面防冰是保障航空航天安全发展的重中之重。等离子体防冰方法有诸如气动性能损失小、响应迅速、效率高等优点,是一种研究潜力巨大的新方法。单个液滴的形态与初始动力学特征固定,研究单个液滴与等离子体相互作用有助于等离子体防冰机理基础研究的推进,探索并理解液滴在等离子体驱动器表面的动力学行为和蒸发过程,是未来研制防冰专用的等离子体驱动器方法论的基础保障。研究者们虽然已经对等离子体防冰方法展开了探索,在模拟防冰实验中证实了介质阻挡放电（DBD）等离子体防冰的优异性能,但仍存在许多不足,如在防冰研究中,单个水滴在等离子化表面的形态动力学描述尚未建立;等离子体与水滴相互作用中所蕴含的物理特性解释尚未说明;高驱动电压导致的驱动设备复杂性问题。针对现状,本文采用先进的高速摄影、红外热像技术、基于机器视觉库的图像处理技术和基于印刷电路板的放电激励器,系统地、创新性地针对以下内容展开了研究:首先,针对等离子体防冰中单个水滴在等离子化表面的形态动力学问题,本文观察了毫米级液滴在等离子化表面的铺展和蒸发过程的形态动力学过程,并首次观察到蒸发过程的二次铺展现象,与在平均工作温度相同的电加热器表面进行了比较研究。通过计算高速相机记录下的液滴铺展直径,对单个液滴在等离子化表面铺展的现象进行了研究。液滴在DBD等离子体作用下在聚丙烯表面的最大铺展面积增加了95%,形成液膜厚度降低了70%;通过计算DLSR相机记录下的液滴与加热器表面接触面积,发现液滴在铺展稳定之后的5～10s内在等离子体作用下发生了接触面积的二次增长,增长幅度达到原始面积的3.2倍,而液滴蒸发速度相较于电加热表面快6.54倍。其次,针对等离子体和水滴相互作用机理问题,发现了DBD微流注引起的正反馈选择性加热效应。在液滴铺展于两个放电回路中间时,观察到比无液滴时更粗且明亮的放电微流注桥接与液滴和高压电极之间,此为正反馈。蒸发导致的空气湿度的提升对等离子体热效应中的加热速率提升约25%,意味着无论液相或气相,水对放电等离子体都起到了促进作用,此为选择性加热。同时提出等离子体的亲水化效应能够缩减液滴边缘与电极的间隙,增强正反馈,此为表面功能化效应。二者相互耦合,是等离子体防冰高效能的关键。再次,针对等离子体高驱动电压局限性问题,提出利用纳结构电极的尖端效应对局部电场强度增益,实现等离子体防冰应用中输入电压和功率的降低,对低电压需求下的介质阻挡放电等离子体加热器作了进一步探索。纳结构利用低温水热合成法在沉金电极上生长氧化锌（Zn O）纳米线,实现了亲水化效应（约10倍）、正反馈选择性加热效应（约7.3倍）和蒸发功能化效应（约4.31倍）三者在单位工作面积上能效功耗比的大幅提升。实现了在纳结构电极表面进行低功耗的进一步探索。因此本文认为,液滴在等离子化表面的亲水化铺展和流注轰击导致的二次铺展现象与介质阻挡微流注放电等离子体的选择性加热效应相互耦合,实现了等离子体对液滴的高效蒸发。并且这种效应能够通过纳结构电极实现能效比的进一步改善。通过本文的研究,为等离子体防冰应用提供了有益的启示,对等离子体防冰问题认识的深入有指导和借鉴意义。