修复植被是治理土地荒漠化的有效方案,而植被幼体成活与否又是植被恢复的主要因素。为追求成活率而进行传统浇灌,忽视荒漠化土壤较低的蓄水力,只会造成水资源浪费,加剧生态荒漠化进程。现实中部分植物种子生长用水量其实并不多。要实现植物从种子到成体的转变仅需要在其发芽和生根阶段精准保持微量的土壤相对湿度,即在幼体生长关键期为其提供可激活并维持这一生命现象的微量淡水。为减少远途运水成本,能就地收集液态水技术的研发是维系荒漠地区植被幼体成活的关键。凝露,这一可在固气两相间发生的水凝结现象为种子供水提供了有效途径,故构造不同几何形状的亲-疏水相间仿生材料进而凝露取水这一能够解决低成本“微量灌溉”难题的方案引发了众多学者的关注。此外,基于流体力学、热力学或分子动力学理论,对不同润湿性及几何形状表面的凝露机理的构建也有了诸多的尝试。不同于前人在亲-疏水相间平面凝露材料、平面凝露生长理论的研究,本文建立了新的针对亲-疏水相间图案凹表面凝露材料表面润湿性设计和结构设计方法,基于实验结果提出了影响表面凝露效率的主要因素为亲-疏水交界线长度。同时,在构造并引入新的液滴导热热阻和动态质扩散系数方程的基础上构建了适用于凹表面的凝露新机理模型、凝露液滴数量分布新模型以及多孔介质传热传质新模型。本研究主要成果如下:（1）指出了基于凹表面的凝露材料的优势。采用刷涂法在直径为厘米尺度的凹表面上进行亲-疏水交替图案设计,在随后的表面凝露实验中,将单位时间内凹表面上液滴滚落数量作为表征凝露效果的参数。通过比较不同亲-疏水区交界线数量的试样表面的冷凝水滚落频率,总结出了单位面积上亲-疏水交界线长度是控制凝露滚落频率的主要因素。根据单个液滴在亲-疏水界面两侧接触角计算结果,推导出液滴沿表面张力梯度方向由亲水性弱向亲水性强区域移动的机理模型。经对液滴移动机理的实验验证结果得到了亲-疏水交界线的增长引起凝露由疏水向亲水区移动频率增大,加速了亲水区液滴生长与滚落的新结论以及厘米尺度凹表面亲-疏水交替形貌设计时可遵循单位面积亲-疏水交界线最大化的新的设计原则。（2）对纳米球刻蚀法、光固化及双喷头3D打印制备亲-疏水间隔的微纳尺度凹孔进行了比较,得出了光固化3D打印加刷涂亲/疏水涂料的方法是制备含毫米/亚毫米尺度凹孔的亲-疏水相间阵列的合理方案。采用光固化3D打印制备了含毫米/亚毫米尺度凹孔的阵列衬底,对阵列采用凹表面亲水,凹表面周边平面疏水的设计方法得到亲-疏水相间排列的凹表面阵列。对凹孔间隔、凹孔表面积、凹孔方阵数、凹孔轮廓对阵列表面单位时间内凝露量的影响进行了实验研究,指出了亲-疏水区交界线长度是影响阵列凝露效率的主要因素,为追求亲-疏水相间凹孔阵列表面最大凝露量提供了新的设计思路。（3）基于热阻模型并考虑了不凝性气体的存在,构造并引入新的液滴导热热阻和液滴体积方程,建立了适用凹表面上凝露时单个液滴生长的新机理、液滴半径生长新模型和基于粒数衡算原理的液滴数量分布新模型。计算结果表明:露珠导热热阻是影响凝露生长速率的主要参数;为实现凹表面在凝露过程中某一时刻单位面积上较多的液滴数量和较快的液滴生长速率,应提高液滴所在位置处固相表面的亲水性,并同时限制固气两相间的过冷度。设计并组装了用于凝露实验的冷凝装置。（4）为能长期保存凹孔阵列表面所得凝露,提出了用多孔介质作为凝露载体的方案。基于热流扩散和质量流扩散原理,建立了更高精度的含动态液态水扩散系数的多孔介质传热传质新机理与新模型。计算结果显示,提高衬底材料比热容是抑制孔道内部凝露再蒸发的有效方法。此外,设计并组装了用于多孔介质干燥的恒温恒湿箱。综上所述,本论文通过实验证明了凹表面亲-疏水交界线上液滴的定向移动以及单位面积上亲-疏水交界线长度的提高会促进表面凝露效率,为以追求最大凝露量而进行的凹表面亲-疏水交替图案与凹表面结构设计提供了借鉴和方向。同时,在实验室验证了凝露生长模型和多孔介质传热传质模型,上述机理和模型为预测一定过冷度下凹表面上单个液滴半径、不同体积液滴的数量以及潮湿多孔介质的含水量变化提供了较实用的理论工具。