结冰是水在一定过冷度下发生固化的物理现象，结冰通常发生在界面上。水在界面的结冰通常会引起许多不良的问题。因此，研究界面对冰成核的影响对于开发防冰材料具有重要意义。我们从生物防冰角度，研究了抗冻蛋白的不同面对表面冰成核的效应。基于对抗冻蛋白的理解，我们构筑了抑制冰成核的材料;同时从其他依靠产热来抑制结冰的生物表面得到启发，构筑了光热防结冰材料。　　1.我们对冰成核在分子水平上的机制仍知之甚少。抗冻蛋白(AFPs)对调控制冰的形成具有独特的能力。然而，抗冻蛋白对冰成核的效果一直存在争议。我们通过冰结合面(IBF)和非冰结合面(NIBF)选择性地接枝到固体表面，观察到抗冻蛋白的冰结合面和非冰结合面对冰成核分别具有促进作用和抑制作用。这种对冰成核的两面性效应的普遍性可以通过调查三个有代表性的抗冻蛋白来验证。分子动力学模拟分析表明，抗冻蛋白的两面性可通过围绕冰结合面和非冰结合面水合层的不同的结构来证实。我们的工作大大增强抗冻蛋白在分子水平上机理的认识，并对异相冰成核的机制带来了新的见解。　　2.立足抗冻蛋白对冰成核核的作用，我们试图分析，导致非冰结合面的抗冰核效应，并赋予表面抑制冰成核能力的元素。模仿非冰结合面在氨基酸组成和结构的特性，我们构筑了极性氨基酸改性的金基底表面。实验结果证明所制备的表面表现出显著的抑制冰成核的效果，而对比不同pH值液滴的冰成核结果以及对比自组装肽链表面的冰成核结果，我们认为表面电荷状态和结构自由度决定了抑制冰成核的效果。这项研究也加深了冰成核影响因素的理解。　　3.由于排斥各种液体的独特能力，超疏水表面在防结冰应用上表现出了极大的潜力。然而，超疏水性容易在极端环境下受到损害，例如高的相对湿度，过低的温度。在自然界中，有些生物如南极企鹅，北极熊和臭菘已经形成了保持在严寒环境下超疏水独特的方法，那就是，他们生产和储存热量，所以当温度被降低被困在各项异性结构内的空气可以被保留。在此基础上，我们制备了超疏水性和太阳光热能力的防结冰材料，并在防冰材料方面显示出了极大的优势。