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目前,受超疏水现象启发的疏冰表面在防/除冰领域展现了优良的应用前景。然而只有特殊微结构表面才能延迟液滴结冰时间并降低冰粘附力,继而显著降低除冰能耗。本文以设计超低冰粘附力的微结构表面为目标,采用等离子刻蚀技术和低表面能物质修饰相结合的工艺方法,在硅片表面设计构筑一系列可控尺寸微观结构,研究微观结构尺寸对固-液界面润湿状态的影响机制,对比分析液滴结晶过程、冰粘附强度以及固-冰界面作用机制。取得的主要研究成果有:(1)采用等离子刻蚀技术与低表面能物质修饰相结合的工艺方法,在硅片表面上设计构筑不同尺寸的微立方阵列结构,对比分析了微结构尺寸对静/动态润湿性能的影响机制。结果表明,随着中心间距增大,静态固-液界面润湿模型从Cassie-Baxter润湿模型转变到Wenzel润湿模型;只有中心间距为30μm和40μm的疏水表面上发生了液滴反弹现象,其液滴撞击接触时间分别为16.5ms和19.5ms。相比于静态的非润湿特性,液滴撞击特性更能够反映出微结构表面的疏冰能力。(2)微结构中心间距为70μm的微米级阵列结构表面表现出优异的结冰延迟性能,液滴延迟时间高达1295s,比光滑基底表面的延迟时间大两个数量级。这种微结构固-液界面可以在水滴下方截留更多的空气层,形成稳定的Cassie-Baxter润湿状态,固-液界面面积分数降低约8.15%,传热能垒增大,与静态润湿特性分析吻合良好;基于液滴冻-融循环过程,统计分析液滴的非均匀结晶形核行为,发现微结构间距为40μm的微立方阵列结构表面需要较高的过冷度来诱导形核发生,其温度低至-17.13℃。基于经典形核理论,计算的形核率再次验证了试验结果。微结构间距为40μm的试样固-液界面形核率最小,可以大幅度降低形核能垒,与液滴撞击特性分析吻合良好。(3)在温度持续降低和微结构中心间距增大的协同作用下,微结构中心间距为30μm的微结构表面能够诱导更加稳定的固-冰Cassie-Baxter接触模型,导致其冰粘附强度仅为16KPa。同时,基于线弹性断裂理论,采用有限元模拟方法验证了此试验结果:为探究固-冰界面裂纹扩展机制,引入Druker-Prager强度准则,模拟固-冰界面冰层断裂过程并探究固-冰接触模型和冰型对固-冰界面剪切粘附特性的影响机制。结果表明,相比于Wenzel固-冰界面模型,Cassie-Baxter固-冰界面模型的Mises最大应力降低了近4倍,且剪切损伤区域较大;虽然冰型(明/霜冰)对冰剪切粘附特性的影响远没有固-冰界面接触模型对粘附特性的影响强,但是霜冰的剪切损伤区域仍是显著小于明冰的。