结霜覆冰现象在自然界和工农业生产中广泛存在,不仅会带来经济损失,而且对人们的生命安全存在着安全隐患。为保障系统的正常运行,需周期性的对表面进行融霜与脱冰处理。通过改变表面浸润性来抑制冰霜的附着,促进融霜与脱冰,相比于传统方法,这是一种比较理想的方法,无需增加额外的设备与能源消耗。本课题首先对表面浸润性原理进行研究,然后探究浸润性与微观结构对结霜覆冰过程的影响,建立液滴的成核相变模型。仿真发现相变凝固时间随接触角增大而延长,同时发现复合结构中的间距与宽度比值为0.5、1、2时对应的凝固时间分别为118秒、121.6秒和140.6秒,比值越大,贮存空气越多,相变越延迟。为制备出这种可以大量贮存空气的复合结构超疏水表面,首先采用激光刻蚀方法在不锈钢基底上制备单一圆孔阵列微米结构,然后采用水热合成方法制备单一氧化锌纳米结构,寻找出最佳的反应条件,即0.025mol/L的六次甲基四胺,0.05mol/L的六水合硝酸锌和0.75gPEI的混合水溶液60ml,88摄氏度下水热生长8小时。进而探索出通过氧化锌的区域选择生长实现微纳米复合结构的方法,其最佳接触角达到了172.5度,滚动角仅为1.7度。本课题通过实验对比不同不锈钢样品表面上的结冰与结霜的过程。复合结构超疏水表面凭借其较大的接触角与结构中贮存的大量空气,液滴结冰时间相比在未处理的表面延缓了94秒。在低温-21摄氏度,湿度35%条件下,本课题制备的超疏水复合结构表面上的霜晶出现时间相比未处理表面延迟24天,在湿度为75%的特别潮湿环境下仍然延迟了39小时,并且相同时间下,前者霜的分布更稀少。此外,在霜层融化过程中,超疏水表面对融化冰水混合物的黏附力低,霜层收缩为球状,最终在外力作用下将从表面脱落。