超亲水表面因其极低的接触角和优异的亲水特性,在物体表面自清洁、防雾、油水分离等方面有着广泛的应用。随着超亲水微纳材料功能需求的日益增加,对其制备工艺的开发和新应用的探索成为主要研究方向之一。氢氧化铜微纳结构具有优异的超亲水特性,其独特性质和潜在应用已成为研究热点。当前难点主要集中于非铜基底原位制备超亲水氢氧化铜微纳结构的工艺、相关应用性能提升和新应用探索。因此,本文面向超亲水氢氧化铜微纳结构的非铜基底原位制备工艺、超浸润性质和应用展开了系统的研究工作,具体内容如下:围绕超亲水氢氧化铜微纳结构制备过程中的工艺参数,从种子层、生长时间、生长方式、退火处理等方面进行结构形貌控制,得到均一稳定的超亲水表面工艺参数。基于水滴与超亲水表面相互作用的基本原理,采用液滴滴涂、弯折、胶粘、退火等测试方法研究了超亲水氢氧化铜表面的浸润性、液滴自扩散/自蒸发、机械稳定性、热稳定性和孔隙率等性质。结果表明,所制备的氢氧化铜纳米线具有超亲水性,弯折10万次（R=3 mm）后依然保持超亲水性,与基底粘附性强,分解温度为145℃,比表面积为72.67 m~2 g-1。此外,针对传统接触角无法表征不同超亲水表面之间的差异性问题提出了采用液滴自扩散平均速度作为评价指标。结果显示,生长时间低于20 min的表面均具有优异的超亲水性。其中,生长10 min的表面自扩散速度最大,在弯折后虽然保持超亲水性,但由于微裂缝导致自扩散平均速度会有所降低。针对水汽感知器件沾水易失效和氢氧化铜纳米线水汽感知响应时间过长问题,以石英晶体微天平（QCM）为水汽感知载体,于电极表面原位制备仿草状超亲水氢氧化铜微纳结构,得到沾水自恢复高灵敏氢氧化铜QCM湿度传感器,利用自制设备测试其感湿性能和沾水自恢复性能。结果表明,氢氧化铜QCM传感器重复性强、稳定性高,实现了高达85.9 Hz/RH%的灵敏度,其响应恢复时间达到30 s/1.9 s,极大提升了氢氧化铜的感湿性能。该传感器具有沾水自恢复特性,在循环沾湿100次后依然保持90%以上的传感性能,能够有效应用于人体手指滑/移动、嘴鼻呼吸检测等应用场景。此外,采用第一性原理理论计算结合原位动态傅立叶变换红外吸收光谱仪表征（FTIR）实验揭示了超亲水氢氧化铜的感湿机理。结果表明,在非饱和水汽条件下,氢氧化铜与水汽之间主要为物理吸附;在饱和水汽时,氢氧化铜与水汽之间主要为凝结吸附。针对水汽收集器件效率提升和基底柔性化问题,借鉴自然叶脉结构,设计仿叶脉多级楔形分形超亲水流道结构,以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为柔性基底,采用光刻、溅射和溶液法生长等工艺于基底表面制备超亲水氢氧化铜纳米线仿叶脉多级楔形分形流道,利用自制设备测试其液滴定向移动和水汽定向收集性能。结果表明,仿叶脉超亲水氢氧化铜流道能够实现水平面,斜坡（<7.7°）和曲面液滴定向自驱移动收集。仿叶脉四级楔形分形结构极大提升了水汽收集效率,比无结构的PET表面提升了1150%,比纯超亲水氢氧化铜表面提升了510%。对于仿叶脉柔性五级楔形结构实现了长达15 cm的长距离液滴定向自驱移动收集,面积达到100 cm~2。此外,采用ANSYS Fluent模拟仿真结合高速摄像机原位拍摄揭示了液滴定向自驱移动收集机制。结果显示,液滴与超亲水流道水膜存在纳米线直接吸附和液滴接触水膜合并吸附两种,当液滴与水膜接触时,在拉普拉斯压力差的作用下,液滴沿着曲率更小的位置移动,以保证整体水膜表面能最小。综上所述,本文系统研究了氢氧化铜微纳结构的制备工艺、性质,面向水汽感知、水汽收集等应用性能提升问题,借鉴植物结构,采用仿生思想设计结构和开发器件,提升了氢氧化铜的感湿与集水性能,增强实用性,阐明了超亲水氢氧化铜纳米线水汽感知机制与水汽定向收集机理,丰富了氢氧化铜仿生结构的制备工艺、性质与理论,为氢氧化铜乃至超亲水材料的研究与应用提供了新的思路与有益借鉴。