结霜是自然界中常见的现象之一,在制冷及低温工程领域中霜层会增大换热热阻,导致流道阻塞等危害。研究表明,超疏水表面在结霜初期可以有效延缓霜的生长,而表面结霜初期主要表现为液滴冷凝现象。因此,有必要对超疏水表面的液滴冷凝特性进行研究。本文采用飞秒脉冲激光在铜表面上诱导产生微纳复合结构的方法制备超疏水表面。通过研究激光诱导微纳复合结构形态变化的过程,以及复合结构的形貌特征,综合分析激光诱导金属微纳复合结构的形成机制;再通过化学刻蚀的方法在激光刻蚀的结构上复合一层纳米结构,并对这些结构形貌呈显著差异的表面进行热液粘附力测量以及液滴冷凝过程显微观察,统计冷凝液滴的数目以及平均尺寸,进而分析表面的液滴生长模式与结构的形貌之间的关系;最后对这些表面进行液滴冷凝过程的宏观观察,以一定时间内结构表面的液滴大小以及液滴迁移情况作为评估标准,证明微纳复合结构可以增强材料表面的液滴迁移速率,有效延缓霜的生长,具体的研究方法和结论如下:(1)利用电子显微镜分析在加工过程中微纳复合结构的形态变化过程,结果表明高能量的飞秒脉冲激光作用于材料表面,部分材料被去除,同时由于等离子体膨胀与强烈的热积累作用,大量的熔融物喷溅出表面并堆积在加工区域,形成无规则的微米结构,此外激光诱导产生的等离子体受环境作用被限制在极小的空间与大气分子发生强烈作用,产生金属纳米氧化颗粒,等离子体冷却后团聚在一起,并受重力作用沉积在材料表面,最终形成材料表面的微纳结构。(2)通过热液粘附力测量装置测量具有不同形貌特征的超疏水表面的热液粘附力,研究不同微纳复合结构对液滴冷凝特性的影响。结果表明,不同的纳米结构将会导致不同的液滴生长模式,其中纳米线(NW)结构的冷凝液滴主要通过跳滴现象实现液滴的自驱离,液滴的平均直径较小且液滴迁移速率高,表面的热液粘附力较低。纳米颗粒(NP)结构则主要通过液滴合并迁移的方式保持表面干燥,液滴的平均直径较大,且液滴迁移现象较弱,热液粘附力随温差增大快速增长。微纳复合结构MNW(微纳米线)与MNP(微纳米颗粒)的冷凝液滴会先在微米结构的槽中生长,在生长到一定程度是被“挤出”结构表面,再通过液滴合并迁移的方式离开表面,因此热液粘附力在低温差时变化不大,在高温差时快速增加。(3)对液滴冷凝过程进行显微观察与宏观观察,统计过程中液滴的数目以及直径。结果显示在短期冷凝过程中,NW相对与其他结构有较大的液滴密度以及较小的液滴平均直径,因此在短期的冷凝过程中优于其余结构。在1h的冷凝过程中,NW由于表面存在缺陷,缺陷中的液滴固着导致结构失去超疏水性,液滴平均直径逐渐变大,液滴密度快速下降。而NP缺陷中的液滴不会固着于结构而导致失去超疏水性,因此能保持液滴的尺寸在一定范围内,液滴平均直径相对于NW较小。微纳米线(MNW)以及微纳米颗粒(MNP)的微米结构改变了冷凝液滴的生长方位与方式,因此可以避免液滴固着,同时由于“挤出”效应,液滴的密度与平均直径与NP大致相当。