冷凝是生产生活中常见的一种现象,当空气与低温基底表面接触时,容易冷凝形成液滴。目前来说,冷凝最主要的模式为膜状冷凝和滴状冷凝。其中滴状冷凝在相变传热方面远远高于膜状冷凝。其主要的脱落方式为重力诱导和微滴融合诱导。而对于膜状冷凝来说,液滴往往呈膜状的形式粘附在基底表面,不能及时脱落,这大大降低了材料表面的使用寿命和应用性能。因此本文对于超浸润材料表面冷凝性能的研究,主要集中于滴状冷凝的研究及其应用。超浸润材料表面的冷凝性能在传热系数强化、自清洁、抗结冰、雾水收集等应用中具有十分重要的作用。自然界中有很多生物表面都具有超浸润的性能,他们可以在恶劣的条件下从环境中捕获水源,如沙漠甲壳虫、仙人掌刺、蜘蛛丝、猪笼草等,他们的表面都具有特殊的结构,如何巧妙利用他们自身特有的结构与超浸润表面有机结合对于雾水收集的应用至关重要。本文从仿生角度出发,研究了几种超浸润材料表面的冷凝性能及其在雾水收集中的应用,具体研究如下:(1)TiO2微纳复合结构的制备及其表面冷凝微滴自驱离性能的研究:基于钛基底,制备了不同结构的超疏水TiO2纳米结构表面,研究了 50 μm以下液滴在其表面的冷凝自驱离性能。结合冷凝微滴在不同表面的融合过程图,对TiO2纳米表面的微观结构与液滴自驱离性能之间的关系进行了深入探讨,发现纳米分级结构因其具有较高的粗糙度、极低的表面粘附力,更多的亲水成核位点和更大的疏水区域,从而具有更优异的冷凝微滴自驱离性能。(2)氧化铝棒孔复合纳米结构的制备及其表面冷凝微滴自驱离性能的研究:采用一步变电压阳极氧化的方法,在Al合金表面原位构筑了准直的氧化铝棒孔复合纳米结构。通过调控电解液浓度、电解液温度和反应时间,实现结构的可控制备。结合冷凝微滴在不同表面的融合过程情况,讨论了表面形貌和浸润性对冷凝微滴自驱离性能的影响,分析发现,棒孔复合纳米结构因其准直且拥有更多的亲水成核位点和超疏低粘的特性,而发挥了优异的冷凝微滴自驱离性能。(3)氧化铝微针结构超润滑涂层表面“捕雾刷”的制备及其雾水收集性能的强化:通过采用切割法,裁剪出不同的“捕雾刷”图案。然后采用水浴法,在铝箔表面原位构筑了氧化铝微针结构。通过调节反应时间和反应温度,实现结构的可控制备。通过采用喷涂法,将聚二甲基氢硅氧烷喷涂在材料表面,实现氧化铝微针结构表面超润滑涂层的制备。结合雾水收集实验,进一步研究浸润性和图案尺寸对于雾水收集性能的影响。结果表明,氧化铝微针结构超润滑涂层表面可实现液滴的快速运输。对比不同尺寸的“捕雾刷”图案,小尺寸的捕雾刷图案可实现雾水的高效收集。(4)镀铝PET光滑表面沟槽结构的制备及其雾水收集性能的强化:通过采用切割法,在镀铝PET材料表面切割出不同槽距的沟槽。采用紫外/臭氧处理方法在其表面接枝一层羟基。通过旋涂法,使聚二甲基氢硅氧烷可以充分与表面的羟基接触,进而接枝固化实现超润滑涂层表面疏水低滞后性能。结合雾水收集实验,进一步研究浸润性和沟槽结构对于雾水收集性能的影响。结果表明,沟槽样品表面可实现液滴的定向运输。对比不同间距的沟槽样品,沟槽间距小的样品表面,由于相邻微槽之间的液滴的融合几率大大提高,因此可实现液滴的快速运输,其雾水收集效率最高。(5)镀铝PET光滑表面Kirigami结构的制备及其雾水收集性能的强化:基于镀铝PET光滑表面超润滑涂层,通过切割法引入Kirigami结构。进一步对Kirigami结构的浸润性、倾斜角、形状和尺寸进行设计,将其应用于雾水收集中。通过分析与对比发现,疏水亲水的浸润性设计更有利于液滴的凝结和运输;90°的倾斜角更有利于雾的通过,使其充分与背面接触,强化水收集的效率;三角形的形状更有利于图案表面上的水滴从顶部区域向底部区域移动,然后与两侧的水滴结合,再从表面滚下;小尺寸(宽=2.8 mm)的Kirigami结构可提高与两侧水滴结合的概率,进而强化水收集的效率。