冷凝相变传热作为自然界中一种普遍存在的现象,在发电、热管理、海水淡化、环境控制等领域都具有广泛应用。而增强冷凝过程中的热量运输及提高冷凝传热效率也日益成为人们科学研究的焦点。相比膜状冷凝,滴状冷凝是一种更为有效的传热模式,因为离散的冷凝液滴相比连续液膜有明显更低的热阻,并且可释放更多的位点用于更多频次的冷凝成核、生长、融合及驱离,而通过材料表面疏水化改性将进一步强化材料的滴状冷凝传热性能,提高热量利用率。本文以此为切入点,在铜基表面构筑了氧化锌(ZnO)纳米铅笔结构及优化后的氧化锌纳米针锥结构,在经低表面能物质修饰后对样品表面微液滴的冷凝动态行为及界面现象进行了定量统计及定性分析。进一步地对其滴状冷凝传热性能进行测试,并对其实现高效冷凝传热的机理进行了简要分析。该研究对于理解纳米结构特征参数与冷凝传热性能的构效关系具有十分重要的意义,同时为设计开发高性能传热纳米界面材料及先进热控器件以实现高效的能源利用提供了条件。本论文主要研究内容如下:(1)采用直接化学浴方法实现了铜基表面密排列的ZnO纳米铅笔结构的原位构筑,经过低表面能化学修饰后,纳米结构表面展现出很好的超疏水性及冷凝微滴自驱离性能。结合高速高分辨率三维显微成像仪的观察,系统地比较了冷凝微液滴在超疏水纳米表面和疏水光滑表面的动态行为及驱离模式。并进一步证实:相对于疏水光滑样品,纳米结构样品明显提升了表面微液滴更新速率且能长时间保持表面微液滴高密度成核及高效自驱离。而冷凝传热测试表明,该纳米铅笔结构阵列可实现高效滴状冷凝传热,并初步揭示了纳米结构表面实现高效传热的相关机制。(2)进一步优化方法实现了铜基表面超薄准直密堆积的非粘ZnO纳米针锥的可控制备,通过高速高分辨率三维显微成像仪的观察并结合详细的数据统计及分析,系统地研究了冷凝微液滴在该纳米结构表面的动态行为及相关细节,阐明了超疏水纳米结构表面小尺度微液滴自驱离的机制,并给出超疏水纳米结构表面设计的基本规律。在冷凝传热测试中结合其高效传热性能等研究了纳米针锥结构表面在负压工况下小尺度微液滴自驱离相关行为特征。最后实验数据结合理论模型对几种不同形貌的纳米结构的冷凝行为及传热性能变化进行了比较分析,总结出纳米结构的特征参数对冷凝传热性能影响的相关规律。