近来,水下超疏油表面由于在油水分离、抗油污涂层以及微液滴搬运等领域的卓越表现越来越受到人们的关注。对自然界中水下超疏油表面的深入研究表明材料表面微米/纳米等级结构和表面亲水性化学组成的共同作用赋予了材料表面独特的水下超疏油性能。基于以上发现人们制备了不同种类的水下超疏油表面,然而绝大多数的水下超疏油表面由于其表面微观结构稳定性较差在实际使用中容易失去水下超疏油性能。因此构筑高稳定性的水下超疏油表面是推动该类材料走向实际应用的迫切需求。本论文通过构筑具有优异耐磨损性能的微观结构实现了高稳定性水下超疏油材料的制备,并且考察了水下超疏油材料的稳定性对油水分离性能的影响。采用电沉积的方法制备了分别具有半球状、松塔状和蜂巢状微观结构的三种水下超疏油铜表面(水下油的接触角均大于160°,滚动角小于2°),研究了表面微结构形貌对其稳定性的影响。分别对三种铜表面进行了一系列的磨损测试,并详细研究了磨损前后三种铜表面的表面微观形貌和浸润性能。结果表明:半球状微观结构具有优异的耐磨损性能,具有该结构的铜表面展示出高稳定性的水下超疏油性能,另外两种结构的表面经磨损测试后,表面微观结构发生了不同程度的破坏,同时失去了最初的水下超疏油性能。机理分析表明三种铜表面的水下超疏油性能得益于表面微/纳等级结构和铜本征亲水性的共同作用,同时,由于外力作用下三种微观结构表面应力分布有着显著的差异,因而不同微观结构展现了不同的耐磨损性能。此外,采用铜样的方法制备了高稳定性的水下超疏油铜网膜,实现了对油水混合物的高效分离,油水分离效率、流速和侵入压分别大于99.9%、80000 L/m2·h和1.0 k Pa。采用浸渍涂覆和热处理的方法在易碎的铜微观结构表面包覆一层磷酸二氢铝(ADP)涂层,实现了对既有表面微结构稳定性的增强,制备了高稳定性的水下超疏油ADP/Cu表面。表面形貌和机械磨损测试结果表明ADP涂层能够作为一层“纳米盔甲”有效地保护内部的微观结构并保持其微观形貌不变,从而显著提高表面微观结构和对应的水下超疏油性能的稳定性。材料表面的强度提升到原来的10倍。理论模拟分析表明水下超疏油表面耐磨损性能的提高得益于ADP纳米涂层强化作用,涂覆的ADP纳米涂层能够将微观结构在外力作用下的横向形变量由32.5 nm降低到12.8 nm,而表面的最大应力由227.2 MPa降低到153 MPa。此外,还将ADP纳米涂层增强表面微结构耐磨损性能的方法应用到到了对材料表面各向异性及油水分离等功能稳定性的增强中。鉴于纯无机水下超疏油表面在弯折或者拉伸状态下易断裂而失去水下超疏油性能的情况,采用模板复形的方法制备了Si O2纳米颗粒掺杂的聚氨酯微阵列,制备了具有抗压、抗拉伸等特点的高稳定性水下超疏油的PU/Si O2表面。实验结果表明,PU/Si O2水下超疏油表面具有优异的稳定性,即使经过多种磨损、按压(2 MPa,20次)和拉伸(200%的形变量)等实验后,表面微观形貌和水下浸润性能仍然保持不变。此外,即使PU/Si O2阵列在不同形变量的拉伸状态下表面依然够保持水下超疏油和对水下油滴低黏附的性能。机理分析表明,PU/Si O2阵列的水下超疏油性能是表面微/纳等级结构和亲水性的Si O2纳米颗粒的共同作用的结果;PU基体良好的弹性回复性能赋予了表面独特的抗压、抗拉伸性能。