润湿性是固体表面的基本特征之一,润湿性调控对表面性能和实际应用均有重要作用。近年来,随着新材料和制造技术的发展,人们制备了各种特殊润湿性表面,例如超疏水、超亲水及图案化润湿性表面,在防腐蚀、防雾、防冰、自清洁、流体减阻、油水分离和水收集等诸多领域都有着潜在的应用。目前制备和调控表面润湿性的主要方法包括改变表面微结构和化学性质,或制备技术复杂、成本高昂,或稳定性差,制约了其应用。设计合理的润湿性表面,发展有效的表面润湿性操控方法,揭示表面润湿性操控机理,得到通用化的润湿性表面设计和制备方法,进一步掌握微结构参数和化学性质对润湿状态转换的影响规律,积累应用数据,对推进其应用具有重要意义。本论文以不同润湿性表面在防腐蚀和水收集过程中的应用为目标,围绕可控润湿性表面制备和应用开展研究。首先以超疏水表面制备为切入点,改进超疏水表面制备工艺、简化制备流程,采用三种不同方法制备了超疏水表面,研究了微纳米结构和化学特性对表面润湿特性的影响,进一步引入表面亲水性制备了图案化的可控润湿性表面。以此为基础,一方面进行了超疏水表面的彩色化和稳定性改进研究,并基于铜的应用测试和分析了其防腐蚀特性;另一方面,研究了超疏水-亲水图案化润湿性表面在雾气水收集系统中的应用:本论文的主要研究内容和结论如下:(1)以金属表面防腐蚀和水收集应用为目标,在分析各种制备方法及其工艺操作参数与固体表面的微观形貌和润湿性之间关系的基础上,使用溶胶-凝胶法、碱性溶液浸渍法和阳极氧化法分别对埃洛石纳米管(HNTs)、铜片和钛片表面的润湿性进行调控,制备出超疏水表面和图案化润湿性表面。利用各种表征和测试手段对固体表面的微观形貌和化学组成进行分析,确定影响表面润湿性的关键因素,结果发现,通过合理优化固体表面的微观结构和表面材料自由能分布,可以调控固体表面的润湿性分布和接触角大小,进而制备出润湿性可控的超疏水表面和超疏水-亲水图案化表面。(2)为提升润湿性表面的可应用性,结合影响表面润湿性的关键因素,提出了由HNTs、阳离子染料和环氧树脂结合制备彩色耐磨超疏水表面的方法。该方法通过HNTs纳米管、阳离子染料和有机硅烷结合制备出具有较高接触角和超低滚动角的仿生超疏水颜料,然后以仿生超疏水颜料为面漆,以环氧树脂为底漆,通过喷涂法在不锈钢表面生成彩色耐磨超疏水表面。结果表明,环氧树脂通过强化超疏水表面与基板之间的粘附力,增强了彩色超疏水表面的机械稳定性。(3)使用电化学工作站分别对碱性溶液浸渍法和溶胶-凝胶法制备的铜基超疏水表面的防腐蚀特性进行了研究。相对于裸铜,碱性溶液浸渍10 min生成的铜基超疏水表面表现出优异的防腐蚀能力,腐蚀电流密度相对于裸铜减少了2个数量级,同时在高湿低温环境下表现出稳定的超疏水性,而喷涂有彩色耐磨超疏水表面的铜,腐蚀电流密度减少了4个数量级,其防腐蚀能力优于碱性溶液浸渍法制备的超疏水表面,彩色耐磨超疏水表面优异的防腐蚀能力归因于环氧树脂层和超疏水涂层的协同作用。(4)由于工程中水收集过程的需要,同时扩展超疏水表面的应用范围,采用紫外光刻技术在钛基超疏水表面上制备了条形、方格形和圆环形超疏水-亲水图案化润湿性表面。其中,图案化润湿性表面的超疏水部分CA>150°,超亲水部分CA<5°。相对于其它表面,图案化润湿性表面具有更强的集水能力,特别是条形图案化润湿性表面,集水效率高达3.2 g/cm~2·h。图案化润湿性表面具有较高水收集效率的原因是雾滴的捕集能力和液滴的运输能力得到提高。