冰成核在诸多领域具有重要的应用,比如大气科学和技术领域。因此,研究调控冰成核方法在诸多领域具有重要意义。本论文以带电荷材料的多样性为基础,通过一种简单而行之有效的方法将带电荷的材料接枝到表面,并精确调控表面的性质（电荷的正负性、电荷密度及交联度）,从而实现对冰成核的系列调控;该工作的开展为冰成核调控材料的制备提供了新的思路。主要研究内容如下:1.带电荷多糖修饰表面的制备及其对冰成核的调控受自然界中多羟基化合物调节冰的形成启发,采用一系列线性带电荷多糖（改变带正电荷、负电荷官能团的组合从而使多糖带有不同量的净正、负电荷）为原料,制备了多糖修饰的表面;并通过测量多糖修饰表面上的水滴的结冰温度表征带电荷多糖对冰成核的调控能力。结果表明,聚多巴胺（DA）修饰表面上冰成核温度为–21.8±1.2oC,带正电荷的壳聚糖（CS）修饰表面的冰成核温度为–20.3±0.9oC,而带负电荷的透明质酸（HA）、海藻酸钠（SA）、肝素钠（Hep）修饰表面的冰成核温度分别降低到-23.0±1.0oC、-23.7±1.1oC、-25.2±0.9oC;与不带电荷的聚多巴胺修饰表面相比,带正电荷的CS修饰表面促进冰的成核,而带负电荷多糖（HA、SA、Hep）修饰的表面抑制冰的成核,而且冰成核温度随着净电荷量的增加而降低。基于带电荷多糖表面的冰成核温度分布,计算了冰在多糖修饰的表面的成核动力学,结果表明带电荷表面改变界面水的结构,进而影响成核指前因子J₀及成核能垒标度因子Г,最终通过J₀及Г的共同作用实现了对冰成核的调控。2.碱金属离子络合物修饰表面的制备及其对冰成核的调控在带电荷多糖调控冰成核的基础上,继续研究了碱金属离子改性表面对冰成核的调控。首先将硅基底浸入多巴胺盐酸盐溶液反应24 h,待其表面形成一层聚多巴胺黏附层后,将聚多巴胺改性的硅基底浸入含有碱金属离子（Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺）的溶液中反应24 h,制备碱金属离子改性的表面;通过测量碱金属离子改性表面上的水滴的结冰温度表征碱金属离子对冰成核的调控能力。结果表明,Li⁺改性的表面冰成核温度最高,为-20.9±1.3°C,Rb⁺改性的表面冰成核温度最低,为-24.6±1.0°C。碱金属离子调控冰成核能力的差异可能源于它们的水合数的不同,从而导致碱金属离子周围的电荷量不同,进而影响界面水的结构,导致水滴结冰温度的差异。3.凝胶化表面的制备及其对冰成核的调控以亲水性多糖海藻酸钠为研究对象,通过加入Na IO₄制备具有不同交联度的凝胶化表面。不同交联度的凝胶化表面上的冰成核温度结果表明,交联度最低的凝胶化表面上的冰成核温度最高,为-23.8±1.0°C,而交联度最高的凝胶化表面上的冰成核温度最低,为-26.0±0.9°C;随着交联度的提高,冰成核温度呈下降趋势。理论分析表明,凝胶化表面对冰成核的调控归因于交联度不同引起的结合水量的差异。