输电线覆冰问题会给电网造成很大的隐患,引发灾难事故,同时会造成极大的经济损失。传统的除冰包括了人工除冰、机械除冰、化学除冰、加热除冰等方法。这些传统的主动除冰方法普遍具有效率低下、环境不友好、浪费能源等缺点。而超疏水表面以其特殊的结构具有极佳的自清洁作用,同时可以抑制冰层的形成,从而引起广大学者的兴趣。虽然学者们已经验证了超疏水表面相对于光滑亲水和疏水表面具有抑制结冰的效果,但是超疏水表面结构繁多,至今很少有人研究具有不同微观结构超疏水表面的防结冰性能。本文针对以上的研究空白,利用飞秒激光、电镀和化学沉积三种方法,构建了具有微柱结构、纳米阵列结构、微-纳结构的三种超疏水表面。对这三种表面进行形貌与浸润性表征,同时对这三种表面进行躺滴结冰实验以及撞击过冷表面实验。得到的结果如下:(1)不同微观结构超疏水表面的制备与表征使用皮秒激光加工PTFE表面,改变激光功率,可以得到柱高不同的3种微柱结构(柱高20μm、柱高50μm、柱高80μm);使用电化学工作站对紫铜基底进行电镀,改变电镀时间与电流密度,可以得到5种具有不同纳米针倾斜角度和气穴大小的纳米结构壁面;采用化学沉积方法对紫铜表面进行刻蚀,通过改变刻蚀溶液的浓度,可以得到3种不同微米颗粒尺寸的微-纳结构表面。通过SEM表征每种表面的形貌。同时对上述表面进行浸润性表征,发现所有表面的接触角都在150°~155°之间,滚动角都小于3°。说明三种不同结构的超疏水表面制备成功。(2)躺滴在不同微观结构超疏水表面的结冰行为研究使用CCD相机对躺滴液滴结冰过程进行可视化观测,记录了不同过冷度下躺滴在微柱、纳米、微-纳结构超疏水表面上的结冰延迟时间、结冰时间、冰层生长高度以及结冰液滴溶化后在表面上的接触角,液滴体积为13μL。实验结果表明:微柱表面在-10℃有结冰延迟,其结冰延迟时间随着柱高的减少依次减少,当结冰液滴融化后,接触角明显减少,液滴不易滚落。当表面过冷度低于-15℃时,液滴在表面上迅速结冰,相同壁温不同柱高下的结冰时间略有不同,且壁温越低,结冰时间越短。对于纳米结构超疏水表面,可以发现躺滴在-5℃的五种表面上都会发生结冰延迟;电流密度2mA/cm~2电镀时间为500s的表面在-10℃时会有结冰延迟,且融化后液滴保持Cassie状态。对于微-纳复合结构,三种表面在-10℃下结冰时间大致相同,微米颗粒最大的表面结冰延迟时间最长,结冰延迟过程中液滴出现塌陷,融化后液滴不易滚落。(3)液滴撞击过冷超疏水表面的可视化实验研究使用高速摄影仪对液滴撞击超疏水壁面进行了可视化研究,研究了不同撞击速度、不同过冷度对液滴铺展系数的影响。实验结果表明液滴铺展系数随着撞击速度的增加而增大且液滴撞击速度会影响在液膜在铺展回缩过程中的行为。对于撞击速度相同的液滴,过冷度越大的表面上越容易出现“钉粘”现象。微观结构的不同主要代表了壁面上“气穴”尺寸的不同,可以发现当“气穴”尺寸越大时,在相同撞击速度和壁面过冷度条件下,液滴越不容易发生“钉粘”。