表面覆冰问题对人们的日常生活与经济活动产生了一系列不利影响。在电能的供给和传输中，冰在线缆表面的形成和沉积会造成重大的经济损失，结冰会导致陆运、航运及铁路运输事故，影响飞机部分部件与通信设备的正常运行，此外，结冰还会严重降低冰箱和热交换器的性能。表面防覆冰策略的研究通常围绕超润湿性能展开，一般来说，超润湿防覆冰材料的性能取决于其表面粗糙结构和化学组成。表征防覆冰表面的理论基础是润湿性理论和经典成核理论，超疏水表面具有水滴半径小、水滴接触时间短、水的凝固点热力学延迟等特点。低界面韧性和Springboard-效应使得弹性体具有良好的防覆冰性能。光滑灌注液体多孔表面(SLIPSs)由于其均质界面而消除了可能的冰核形成点，延缓了冰核的形成时间。SLIPSs、两亲性表面和抗冻蛋白由于与各自的亲水性基团与水之间形成氢键而使水凝固点降低，而具有极低冰粘附力的有机凝胶和刺激响应性材料可用于主动防覆冰。目前防覆冰表面仍存在制备方法复杂、成本高、低温下冰粘附力强等问题。
　　针对上述问题，论文第二章首先以RTV-1为低模量黏结剂构筑了基于蜡烛烟尘的耐久型防冰覆涂层，研究了20-40nm蜡烛烟尘颗粒的非均相成核及其断裂机理，考察了涂层结构与表面浸润性与防覆冰性能的影响。研究表明所制备的涂层具有持久的Cassie-Baxter超疏水状态和较低的冰粘附力(18kPa)，τice在多次机械磨损试验依然保持在25kPa左右，并且通过各种不同形式的耐久性测试，包括30次液氮/水循环试验、100次结霜/除霜循环试验、100次结冰/除冰循环试验、酸/碱环境试验、紫外线照射和杭州自然冻雨户外试验。所制备的表面表现出优异的防覆冰稳定性，该制备技术具有效率高、成本低、适合大规模应用等优点，具备商业化应用前景。
　　大多数防覆冰表面在冰水长期浸泡后稳定性不佳，并且在-20℃以下无法保持较低的冰粘附力。与超疏水表面不同，光滑灌注液体多孔表面(SLIPSs)材料压力稳定，在低温下表现出较低的冰粘附力且能促进均相成核。为了制备压力稳定、使用寿命长的SLIPS，需要控制材料合适的孔隙率、表面粗糙度和化学组成。目前制造SLIPS的方法较复杂，且经济性不高。论文第三章探索了一种制备SLIPS防覆冰表面的简单方法，先以低模数粘合剂RTV-1和蜡烛碳烟纳米颗粒制备出无氟、长寿命光滑的放覆冰表面，经灌注硅油后得到一种超光滑表面。研究发现，RTV-1粘结剂的孔隙率、纳米级粗糙度、低表面能烟尘颗粒、弹性、与硅油的强亲和性、固化后润滑剂的保持率对涂层在低温下的稳定性和低冰粘附力起着重要的促进作用。制备的涂层表面具有超光滑的特性，可延迟水滴的结冰时间且具备超低的冰粘附强度(2kPa)，在极端条件下也能将该值保持在7kPa以下。此外，分别进行了-90℃下的90次结霜/除霜循环试验、100次液氮/水循环试验、100次结冰/除冰循环试验、冰层下为期2个月的冷冻试验、60℃条件下为期2个月的高温试验、酸/碱溶液为期9天的冲洗试验，涂层表现出优异的稳定性。
　　兼具被动防覆冰与主动除冰功能的表面研究较少，其制备成本较高，工艺复杂，且主动除冰方式以光热效应为主，热效应仅局限于入射光束和粒子附近。论文的第四章设计制备了一种超光滑的光热涂层，一方面具有优异的超润滑被动防覆冰性能，另一方面又可以通过将太阳光转换成冰-基底界面上的热量来有效地主动除冰。其多机制防覆冰功能主要取决于选取的三层材料的性能:蜡烛烟尘层作为太阳辐射吸收体，磁性纳米颗粒层作为太阳光横向散射的热分散剂，以及RTV绝缘层减少横向热损失。在光照下，磁性纳米颗粒层的热约束导致表面温度迅速升高，冰开始融化，且涂层表面的硅油有利于冰的滑移。横向热扩散有助于阳光无法直射区域的防覆冰性能的实现，在-20℃下，这种超光滑的光热涂层在垂直条件下光照40秒，表面冰粒即可滑落，在水平条件下7分钟内可将10μl冰粒完全融化，而对于相同温度下完全覆盖的霜层，则可以在100秒内完全融化，表现出低温下优异的主动与被动防覆冰性能。