对固体表面浸润性的调控一直以来受到科学界和工程界的广泛关注。通过调节材料表面的浸润性,我们能够获得具备自清洁、反生物污染等性能的材料。调整固体表面化学性质和粗糙度,能够改变固体表面的浸润性。自然界中,液滴能从某些覆盖有纤毛结构的植物叶片表面滑落,而水黾独特的纤毛状腿部结构赋予了它在水面上行走的能力。这两个不同实例的共性,就是植物叶片和昆虫腿部都覆盖有细小的纤毛。基于这些仿生学的研究,覆盖有纤毛状结构的表面材料在实验室中被制备出来。纤毛状表面粗糙度和纤毛形状、弹性与材料浸润性具有密切关系。但目前影响纤毛状表面材料浸润性的机理尚不明确,存在争议,所以明确影响纤毛状表面材料浸润性的因素,才能为设计抗浸润材料提供有效途径。研究揭示,通过改良和优化表面粗糙结构的几何形状,很多原本非疏水材料的疏水性能够得到了质的提升,甚至可以抵抗低表面张力液体(比如油类液体)的浸润。本文利用粗粒化分子动力学方法,研究了影响不同形状纤毛接枝表面浸润性的各项因素,如长度、接枝密度及硬度等,并提出了一套适用于分析纤毛状结构的计算机算法。本论文主要研究内容包括:(1)研究了影响线形纤毛接枝表面浸润性的因素。发现通过调整纤毛的接枝密度、长度和硬度等性质,纤毛接枝表面的非浸润性能够得到大幅提升。当液滴停留在纤毛顶端时,纤毛之间会自发聚集形成纤毛束来调控材料表面的浸润性。我们绘制了液滴接触角随着纤毛长度和接枝密度变化的相图。同时我们揭示了纤毛有序度和接触角的关系。不同于刚性硬固体表面和接有纯柔性链固体表面,纤毛本身硬度具有可调节性。从这个角度看,我们对纤毛状表面材料的模拟填补了柔性固体表面模拟和刚性固体表面模拟之间的空白。(2)研究了不同纤毛的几何结构对纤毛状表面材料浸润性的影响,并提出了一套适用于计算机模拟的分析表面粗糙结构的方法。我们分别对梳型、Y形和线形纤毛进行模拟。观察到不同几何形状的纤毛会自组装形成不同的表面结构,如网络状结构、纤毛束等。根据纤毛硬度不同,纤毛被分成硬纤毛和软纤毛两大类。不同硬度纤毛,影响其浸润性的主要因素差异很大。对硬纤毛而言,接触角主要依赖于表层纤毛粒子的密度;而软纤毛接触角则主要依赖于液滴下方固体表面的性质,如纤毛束或网络结构的强度、纤毛束之间的距离以及表层非浸润面积等。为了表征网络状纤毛结构,我们开发了一套计算表层网络状纤毛结构交叉点数量的算法。我们在研究中观察到,某些特定情况下,纤毛能够自发形成局部凹陷结构(re-entrant structure)。通过研究也表明,能够强烈抵抗液滴浸润的固体表面不一定具有极高的接触角。(3)研究了环状纤毛的硬度、排布方式以及多分散性对环状纤毛接枝表面材料的浸润性的影响,并利用我们提出的表征方法对纤毛结构进行分析。我们分别对规则排布、随机排布环形纤毛接枝表面,以及具备不同分散性纤毛接枝表面进行模拟。结果显示,规则排布的单分散纤毛能够在平板表面形成规则的沟槽状结构,而随机排布的单分散纤毛则形成更加无规则的结构。为研究方便,我们将环形纤毛接枝表面根据硬度不同,分为软纤毛接枝表面和硬纤毛接枝表面。研究结果发现,环形结构是提升较软纤毛状表面非浸润性的有效途径。而多分散纤毛接枝的表面,其浸润性则归因于长纤毛对液滴下表面的支撑能力。