结冰在给人们带来便利与乐趣的同时也会造成许多不良影响,研究相关现象并开发防结冰材料具有实际的应用价值。针对冰在界面上生长的不同过程,通过保持表面干燥无水、抑制冰核生长传递、降低表面黏附、通过产热抑制结冰或直接除冰,本论文通过如下思路实现防结冰的目的:(1)制备得到图案化聚电解质,通过改变聚电解质中抗衡离子的种类调节体系内界面水的性质,实现冰异相成核温度和冰传递速率的有效控制。使图案化聚电解质刷表面的冷凝水能迅速结冰而其余冷凝水保持未结冰状态,让冰只在聚电解质表面生长。通过限制冰生长区域并保证绝大多数基底表面干燥无冷凝水的方法,最终可获得高达96%面积无冰的表面。(2)受抗冻蛋白启发,设计了聚二甲基硅氧烷(PDMS)链接枝的聚电解质水凝胶。通过调节界面水性质,能够同时调控冰异相成核温度和冰传递速率,并大幅降低表面冰粘附强度。通过调节体系的亲/疏水性,同时利用不同离子的特异性,协同调节界面水的结构和比例,从抑制冰成核、冰传递和降低冰粘附三个方面同时防止表面结冰。(3)通过双模板法制备得到多级结构多孔PDMS与还原氧化石墨烯(rGO)的复合材料,通过多级结构提高光的吸收率,在一个太阳光能量密度(qi=1.0 kWm-2)下材料表面温度可在室温上升至77.6℃,-40℃条件下可延缓结冰时间长达2 h,表面的冰粘附强度约为0.2 kPa。在模拟的真实环境下,除冰速率达1.05 Kg m-2 h-1,可在300 s内消融霜、雾凇及雨凇三种不同类型的覆冰(覆冰厚度小于2 mm),解决了多种环境下形成的不同种类覆冰的问题。