超疏水表面可以延缓表面冰晶的形成而被用作防冰表面,被寄期望于实现抑制或防止表面覆冰的形成以及有效脱除表面积冰。然而一般超疏水表面的制备方法都较为繁杂、成本高昂、难以实现大面积制备,且用作防冰表面时作用单一,难以实现较理想的防冰效果。为实现高效、安全的防冰与快速、环保的除冰相结合,本文在高分子材料表面构建具有光热效应的微纳米结构,开发了新一代同时具有被动防冰性能与主动除冰性能的超疏水防冰表面,并对表面润湿机理和冰黏附机理进行了深入地探讨。本文首先采用简单易操作的喷涂法在乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)基体上制备微米超疏水防冰表面。经3D轮廓和扫描电子显微镜(SEM)表征其微观形貌,证实碳化硅(SiC)和金刚石(Dia)微米粒子在EVA表面堆叠形成峰状结构,使其表面具有超疏水低黏附特性,其中采用#2000SiC制备的EVA-SiC 2000表面的水接触角高达159°而滚动角低至7°。由此带来良好的防冰性能,其结冰时间由15 s延长至62 s,而冰黏附强度由25.65 kPa降低至13.27 kPa,初步说明表面微米结构对表面润湿特性和防冰性能的积极影响。在此基础上,引入具有光热效应的碳纳米管(CNTs)纳米粒子,与SiC微米粒子混合均匀后在EVA基体上制备微纳米超疏水防冰表面。经3D轮廓和SEM表征其微观形貌,发现SiC堆叠形成的山峰状微米级结构和CNTs包裹SiC的纳米绒毛状结构共同构成了表面微纳米结构,使表面润湿特性和防冰性能进一步提高,其中SiC和CNTs比例为2:1时,EVA表面水接触角高达161°,滚动角低至2°,结冰时间由15 s延长至66 s,增加了340%,冰黏附强度由25.65 kPa降至2.65 kPa。该表面还具有优秀的光热特性,仅1W的808 nm近红外光照射3 mm厚的冰层,只需250 s即可将冰层彻底融化,光热转换效率高达50.94%。该技术与方法实现了快速、高效、安全的光热除冰,有助于拓展防冰、除冰的应用研究。为提高表面微纳结构的稳定性,引入了柔性的室温硫化硅橡胶(SR)基体,制备柔性微纳米超疏水防冰表面,微观形貌表征证明SiC/CNTs微纳米结构很好地嵌入了SR基体中,由此带来同样优秀的超疏水特性、防冰性能和光热性能,其中SR-SiC/CNTs 2-1表面的水接触角高达157°,滚动角低至2°,结冰时间达到64 s,冰黏附力低至4.42 kPa,对比SR表面的冰黏附强度,其降低幅度达79.84%。此外,还提高了微纳米结构的力学稳定性和耐磨性。表面经过多次弯折仍能保持超疏水特性,这将有利于SR-SiC/CNTs表面能真正应用到实际场景中进行防冰和除冰。理论上,采用分形润湿模型来深入研究非规则微纳米结构形貌与润湿性的数值关系。通过计算机编程进行图像识别和剖分表面,实现了非规则表面结构润湿模型的计算,获得的理论水接触角与实验值吻合,证明SiC/CNTs微纳米结构对其表面润湿特性具有决定性的影响。进一步理论计算了表面微纳米结构与冰黏附力的数值关系,结果表明SiC微米山峰结构为表面提供了足够大的结构间隙,有效减小分离冰-固界面所需的剪切力。同时CNTs纳米绒毛结构降低了对冷凝液滴的黏附,使表面冰黏附力进一步降低。说明表面SiC/CNTs微纳米结构对表面冰黏附力具有积极而重要的贡献。