冷表面上结冰会影响如电力输电线、天线、飞行器、船舶和地面交通工具的正常运行并导致较高的维护费用，因此防结冰材料的研究一直是国际上研究的热点问题之一。目前防结冰的方法主要有主动和被动防结冰两种。然而主动防结冰如化学、加热和机械等除冰方法不仅费时费力而且费用很高。因此在过去十几年里，基于超疏水表面的被动防结冰材料研究受到了极大的关注。但是由于低温下冷表面结冰结霜不可避免，因此目前对超疏水材料在高过冷度条件下防结冰的性能有质疑。基于这一研究背景，通过系统研究不同表面上冰的粘附力，本论文明确揭示了超疏水表面不能够降低冰粘附力，并对冰与材料表面的作用机制进行了解释。受滑冰运动的启发，制备了含自润滑的防结冰表面，该表面上的冰粘附力比超疏水表面的低一个数量级，并具备优异的机械性能和自修复性能。最后，我们进一步开发了一种简单的方法，制备了具有较低冰粘附力的防结冰表面，为防结冰材料的商业化提供了实验基础。　　 1、通过测量冰在超亲水表面、亲水表面、疏水表面和超疏水表面上的粘附力，发现超疏水表面的冰粘附力与超亲水表面几乎相同，并且远大于平滑表面。通过分析冰在具有不同物理形貌和化学组成的系列表面上的冰粘附力，建立了冰粘附力和材料表面气-液面积分数之间的定量关系，发现冰粘附力随着气-液面积分数的增大而增加。基于此，我们提出冰与材料表面粗糙结构之间的机械互锁力是决定冰在材料表面上粘附力的关键因素。这为设计防结冰材料提供了理论和实验基础。　　 2、受滑冰运动启发，我们构建了具有优异耐磨性能的水润滑层防结冰原型表面。将亲水性交联的高分子接枝到无机硅孔内，在低温、高湿环境下交联高分子吸水溶胀后，在表面形成自润滑水层。通过测试比较超亲水表面、超疏水表面、平滑亲水表面和含自润滑水层的表面的冰粘附力，发现含自润滑水层表面上的冰粘附力比超疏水和超亲水表面的冰粘附力低一个数量级。通过分析具有不同面积分数的接枝有亲水性高分子的硅孔表面上冰粘附力，确定了连续自润滑水层存在的结构参数。同时研究了过冷度和冰粘附力之间的关系，并确定了润滑层存在的温度范围。通过摩擦实验，证实了我们的防结冰表面具有优异的机械性能和自修复性能。该工作为设计防结冰涂层提供了新的思路。　　 3、在含自润滑水层的防结冰表面上，自润滑水层的厚度是决定冰粘附力大小的关键因素。我们将具有极强吸水和保水能力的透明质酸修饰在固体表面，通过测量不同接枝厚度的透明质酸修饰的表面冰粘附力，发现冰粘附力随着厚度的增加呈现出先降低后增加的趋势，在接枝厚度为20 nm时冰粘附力最小。受贻贝蛋白粘附机理的启发，我们将多巴胺改性后的透明质酸分子修饰在多种金属基底表面，结果表明经过修饰后的表面上冰粘附力比未修饰的表面低一个数量级。这种方法具有普适性，使自润滑层防结冰表面具有很好的应用前景。