海洋及淡水约占地球面积的71%以上,不仅孕育了各种生物而且储藏着像石油、天然气、矿产等人类赖以生存的重要能源。随着陆地资源的短缺,人类对资源的开发与利用逐渐由陆地转向海洋。在海洋资源的开发与利用的过程中产生的含油污水对海洋环境的影响越来越大。传统的油水分离材料由于其分离效率低已不能满足现代经济发展的要求。故人类对海洋资源开发与利用过程中亟需先进、绿色的材料以满足可持续性发展。同时,苛刻的海洋环境对材料的应用提出了更高的要求。本文通过材料表面微纳米形貌构筑与化学改性相结合的方法,设计并制备了两种特殊润湿性表面。研究了表面微结构和化学组成与材料表面润湿性的关系并依靠其特殊润湿性分别应用在油水分离、减阻、防腐蚀、自清洁等方面。通过化学修饰的方法,在粗糙的聚氨酯海绵表面构筑一层响应性长链烷烃分子刷,实现了聚氨酯海绵的超疏水、超亲油性,并用来清除、回收海面溢油。超疏水-超亲油聚氨酯海绵与普通聚氨酯海绵相比疏水性、亲油性、吸油速率得到显著提高,对水接触角达到152°,呈现超疏水性,可以吸附自重23倍的原油,溢油清除效率高。此外,改性后的聚氨酯海绵具有93%的保油率,可以有效防止吸油饱和海绵运输过程中的泄漏引起的二次污染。超疏水-超亲油聚氨酯海绵不仅可以有效地清除和回收水面及水下溢油,还可以分离稳定油包水乳液。超疏水-超亲油聚氨酯海绵具有优异的力学性能,经400次压缩后仍具有良好的疏水性、弹性以及保油性,可在溢油回收过程中重复使用。为了解决疏水-亲油柔性三维多孔材料在溢油处理中需要大量的人工铺洒、挤压等繁重、有毒的工作及回收过程中对材料的损伤,在金属网表面通过模仿水黾超疏水腿部结构获得了具有自动吸油、水面快速移动、减阻、防腐蚀的超疏水-超亲油多孔金属网船。通过多孔金属网船来实现海洋溢油回收的高效、自动、无人化。制备的涂层具有稳定的超疏水性,水滴接触角可达到158°,滚动角5°。其超疏水性保证了多孔金属网船在水面行驶,水面载重量为自重的14倍。制备的涂层对油滴接触角为0°,其超亲油性赋予了多孔金属网船自动吸油的特性。多孔金属网船对多种油的油水分离效率均高于94%,并且可以重复使用。制备的涂层具有优异的减阻性。吸油前,超疏水滑移表面最高减阻为20.02%。吸油后,低粘附滑移表面最高减阻为39.04%。此外,低阻力、超疏水-超亲油涂层还具有优异的抗腐蚀性以及耐摩擦、剥离、溶剂性。通过氧化锌(ZnO)多级形貌与低表面能聚二甲基硅氧烷(PDMS)的协同作用在多种金属表面成功制备了低粘附超疏水涂层。水滴在其表面的接触角达到154°,滚动角7°,并且超疏水性质稳定。粘附力结果显示制备的超疏水涂层具有超低的对水粘附力(0.0062 mN),可以有效避免腐蚀性液体在其表面的聚集,抑制腐蚀性液体对涂层的渗透作用。电化学测试以及盐雾实验测试结果显示制备的超疏水涂层具有优异的防腐蚀特性,腐蚀电流密度相对空白低碳合金钢可降低两个数量级,120 h盐雾实验无锈蚀。超疏水涂层制备方法可在多种金属表面制备,具有普适性,并能有效抑制金属表面腐蚀的发生。通过简单的纤维素溶解-再生过程得到超亲水-水下超疏油纤维素海绵,无需氟化处理,纤维素海绵在水下对多种油类的接触角均大于150°。此外,纤维素海绵具有优异的耐强酸、碱、盐的腐蚀性。扫描电镜图片显示制备的纤维素海绵具有双层结构,包括上层的纳米孔以及下层的大孔。纤维素海绵的表层纳米孔保证了油水分离的高效性,大孔蜂窝状结构起到支撑、增大水通量的作用。纤维素海绵本身的超亲水性使得海绵可以仅依靠重力作用让水相自由通过,水下超疏油性使得油相被阻挡在海绵上方,实现了油水乳液的分离。分离效率可达99.94%。水下超疏油性也使得纤维素海绵具有优异的抗污损性。海绵具有优异的抗弯曲性能,可在油水分离中重复使用。