润湿性是固体表面的重要性质之一。将液体滴于固体表面上,液体或铺展而覆盖固体表面,或形成液滴停于其上,随体系而异。对一个固体表面来说,当水的接触角大于150°,滚动角小于10°时通常被称为超疏水表面。人们对超疏水现象的认识来源于自然界,其中最著名的例子是“荷叶效应”,当水滴从荷叶表面滚落的同时能够带走附着在表面的灰尘等污染物,达到自我洁净的效果。研究表明,独特的微纳二级粗糙结构以及上表皮蜡晶的存在是荷叶具有超疏水和自清洁性质的根本原因。受荷叶启发,人们利用许多巧妙的方法制备仿生超疏水表面。近年来,超疏水领域的研究经历了从自然到仿生再到功能化的转变。超疏水表面的实用功能以及影响这些功能实现的条件越来越受到人们的关注。虽然人们已经通过实验证实,水蒸气在超疏水表面的冷凝有可能使其具有较高的粘滞性,但对冷凝实验中的各种环境条件(包括空气温度、相对湿度等)还不能有效控制,通常得到的只是在某一特定冷凝条件下的实验结果,因此并不具有广泛的指导价值,而且难以重复。本论文首先设计了方便可靠的控温湿同步测试系统,然后选取荷叶与不同结构、不同低表面能涂层的仿生超疏水表面进行测试,并系统分析了影响固体表面超疏水性向粘滞性转变的结构、环境与化学因素,最后评估了超疏水表面用于输电线路防覆冰的可行性。论文的主要研究成果和创新点如下：(1)在CAM200光学接触角仪的基础上,自主设计并加装了可封闭的试样盒、转动装置、温湿控制系统以及高速数据采集系统,能够在-80～300°C的温度范围,0～100%的相对湿度范围内,快速准确地实现液滴温度、接触角与滚动角的同步测量。该装置设计突破了现有测量仪器的使用限制,操作简单方便、精度高、重复性好,可以在宽温域、全湿度的环境中观察液体在固体表面的静态和动态行为。相关设计在国内外均属首创,并已获得国家发明专利授权。(2)首次系统测定了从-10°C到80°C的温度范围内,分别在两个极端相对湿度(RH<10%或>90%)下,水滴在新鲜荷叶表面的接触角和滚动角,并利用扫描电子显微镜找出了表面形貌变化与荷叶超疏水性之间的联系。该测试的重要性在于明确了环境因素对荷叶超疏水性的影响,为研究自然和仿生超疏水表面提供了新的思路。(3)巧妙利用浸涂法和化学腐蚀法分别在漆膜和铝片表面制备了具有微纳二级结构的超疏水表面,接触角均大于160°,滚动角小于5°。通过调节温度和湿度实现冷凝条件的可控,在不同环境条件下测试了接触角和滚动角。文中首次提出了金字塔阵列模型用以讨论影响超疏水性变化的结构因素,并根据理想条件下的温湿度数据理论计算出导致冷凝现象的环境因素,最后分析了不同化学组成的低表面能涂层对超疏水性的影响。该研究综合考虑了各种因素,为评估超疏水表面在冷凝条件下的稳定性提供了依据。(4)成功制备了超亲水、亲水、临界、疏水、超疏水五种典型润湿性表面,并利用高速数据采集卡和高速摄像机实时观测了水滴从滴落瞬间至完全冻结的温度与形态变化,最后模拟自然界的冻雨对各种表面的覆冰情况进行了测试。文中详细讨论了过冷水的冻结机理与表面形貌的联系,并首次报道表面污秽度对冻结过程的影响。该实验从理论和实践两方面论证了超疏水表面用于输电线路防覆冰的可行性,具有重要的指导意义。