超疏水界面材料是一种具有特殊浸润性能的功能材料,在航空宇航工程领域有着重要的应用。现阶段,仿生制备超疏水材料主要通过两步法。首先,在材料表面制造微纳米粗糙结构;其次,采用表面能低的物质对粗糙的微纳米结构进行表面修饰。微纳米结构的精细制备通常工艺复杂,设备昂贵,且难于实现多级微纳米结构的组装;低表面能的物质大多为有机溶剂,在修饰过程中容易带来环境污染;这些因素是导致超疏水材料难于实现广泛应用的主要原因。此外,超疏水材料表面的微纳米结构力学性能较差,在应用过程中极易发生破坏,从而导致材料表面的功能失效。因此,超疏水材料在制备和应用中存在诸多挑战,在这些方面进行深入的研究,将促进超疏水功能界面在现实生活中的广泛应用。采用多孔金属镍(泡沫镍、镍网)作为三维骨架和催化剂,通过自组装的方式在其表面制备了统一垂直取向的碳质微锥阵列。制备的微锥阵列具有分级的微纳米结构以及高的长径比,同时三维多孔的基底具有微米级的孔隙,结合气相沉积碳质材料较低的表面能,复合材料获得了超疏水且超亲油的性能。其中泡沫镍复合材料的水接触角大于170°,而油接触角接近为0°,对含油污水表现出高效的分离能力。此外,复合材料还表现出p H响应特性,可以通过调节溶液的p H值,从而控制溶液对复合材料的渗透性能。由于具有高的孔隙率和极大的比表面积,以及碳材料优异的电学性能,制备的复合微锥阵列还可以应用于超级电容器电极。在扫速为2 m Vs-1时的比电容达到209.8 Fg-1。因此,制备的复合材料有望广泛地用于环境和化学分离领域,并促进超级电容器的发展。针对碳质微锥阵列力学性能较差的问题,通过刻蚀定向生长的多晶金刚石薄膜,制备了具有泡沫状多孔结构的疏水的金刚石薄膜。研究了多晶金刚石柱状晶定向排列的生长过程,以及柱状晶阵列的形成机理。由于金刚石突出的硬度和化学惰性,制备的疏水金刚石薄膜具有优异的力学和化学稳定性。此外,通过氧化或氢化作用,其表面能够实现氧化和氢化状态的转变;表面氧化的金刚石表现出超亲水的性能,其接触角小于3°;而表面氢化的金刚石表现出疏水性能,其接触角约为138.5°。制备的金刚石薄膜难于被转移到其它材料表面,特别是具有复杂形貌的材料表面,且受制于化学气相沉积设备的限制,疏水金刚石薄膜的尺寸较小(最大2英寸)。针对以上问题,制备了超疏水的金刚石微球。制备的金刚石微球呈网络状连接,能够通过刀片刮下并收集,然后转移至其它材料表面。制备的金刚石微球的接触角达到160°,且滚动角接近0°,表现出超疏水的性能。通过商用的环氧树脂胶可以将制备的金刚石微球固化到其它材料的表面,赋予其它材料表面超疏水的性能。此外,通过仿玫瑰花瓣的表面结构,制备了超疏水且具有超高粘滞力的复合表面,其中静态接触角为158°,水滴在其表面旋转360°不掉。由于金刚石稳定的化学惰性,这种复合薄膜在p H为1-14的溶液中都表现出超疏水性能。上述结果有望解决众多棘手的问题,例如在腐蚀性液体微量无损转移等广泛的应用领域。最后,针对超疏水材料同时具有超高粘滞力这一科学问题进行了机理分析。