水是万物的本源,是一切生命的植根之处。自然界生物对水的造化中,疏水集水效应最神奇,清晨的蜘蛛丝上的露珠、仙人掌在沙漠中生长、沙漠甲虫在沙漠中补水生存总总,都和疏水集水效应有关。师法自然,近些年交叉学科发展,许多学科科研人员在学习自然,希望从自然界生物进化的优异结果获取灵感,使生物疏水集水效应的学习和仿生成果不断出现,设计并制备了许多疏水集水功能表面,有纤维、纳米材料、金属网等各种材料,有化学、物理、生物等多种试验方法。本文选择以瓶子草叶片毛状体为仿生原型,以铝合金板为原材料,采用激光加工技术,构筑仿瓶子草肋结构表面,获得类瓶子草疏水集水耦合效应,并分析研究仿生结构表面展现疏水集水过程中的液滴定向运输行为和延迟蒸发效应。具体主要研究内容如下:1)选取瓶子草叶片毛状体,通过扫描电子显微镜观察分析了叶片毛状体的微观形貌。结果表明叶片毛状体整体呈细长的针状,其表面由两种高度肋结构（高肋结构和低肋结构）组成,形成了复合多级高低肋状层次纹理沟槽结构。研究了多级梯度复合结构对叶片毛状体表面润湿性的影响。分析了水滴在表面的润湿接触状态。建立了叶片毛状体集水行为模型,讨论了表面微结构特征对表面润湿性和集水性的尺寸影响效应与贡献机理。2)受瓶子草叶片毛状体的启发,采用激光加工技术在铝合金表面获得具有微-纳复合结构的仿生平肋结构和仿生高低肋层次结构。采用扫描电子显微镜观察表面微结构二维形貌,发现仿生平肋结构表面具有等间距的肋结构,肋结构表面存在大量微纳米级颗粒和微米级突起;而测量发现仿生高低肋层次结构表面具有不同高度的肋结构,高肋与低肋之间的高度比接近2:1,高肋表面顶端具有双重尖端结构,低肋结构表面主要由微米突起和大量微纳米级颗粒构成,同样高肋结构表面也有微纳米级颗粒、气孔和微米突起,表明仿生肋结构表面均获得了微-纳米双重粗糙结构。3)研究了仿生肋结构表面的疏水性。对仿生表面进行润湿性测试发现,仿生平肋结构表面接触角达到155°±1.6°;仿生高低肋层次结构表面的形态和结构使其具有瓶子草叶片毛状体相近的形貌和疏水特性,水接触角达到157°±1.2°。两种表面都获得高静态接触角和低滚动角。研究认为,仿生表面增大的粗糙度和更多的表面氧化物成分（降低表面能）使得更多液滴与肋结构尖部接触,肋间凹陷部分为空气,减小了固液接触面积,造成表面亲水到超疏水的转变。同时对表面的粘附性进行了测试,发现仿生结构表面具有很优异的低粘附性,仿生高低肋层次结构表面由于肋结构间高度差贡献,使其具有明显的动态各向异性,当倾斜度为3°时,水滴仅靠自身重力即可沿肋结构方向自由滚落,而垂直肋方向滚动时会被高肋结构拦截。分析认为,仿生结构表面的超疏水性使液滴在表面保持非常好的球形形态,低粘附性使液滴易于脱离仿生结构表面。这种具有疏水性的高低肋结构展现的动态各向异性使液滴可以实现方向性滚动,进而可以贡献于定向水运输。4)研究了仿生肋结构表面的集水性。在自制集水试验平台上进行了集水性模拟试验,讨论了疏水表面结构形貌与集水性能之间的尺寸效应、作用机理和润湿模式。结果表明,在相同集水时间内,仿生平肋结构的液滴去除率为74.6%,是光滑表面液滴去除率的5倍,净集水量比光滑表面提高4.7倍;系列仿生高低肋层次结构的液滴去除率最大为76.2%,和平肋结构接近,同样是光滑表面液滴去除率的5倍,而净集水量比光滑表面提高7倍,表明两种表面均展现优异集水性能,而高低肋结构相比平肋结构能够使表面获得更多的集水量。分析认为,一方面具有疏水性的高低肋结构展现的动态各向异性使液滴展现方向性滚动,进而更容易聚集液相,形成大体量液体定向运输;再者高肋结构在集水性能中接触线钉扎作用更强,使得液滴在结构表面有更多机会接触水雾并吸收水分子,进而得到更强的驱动重力。同时讨论了高肋与低肋的不同组合结构对净集水量的影响,结果发现,适度增加低肋数目可以提高集水速率,但当低肋占比过多对集水性能将产生消极影响,研究发现,高-低-低-低-高仿生结构的液滴去除率最高,是使凝结液滴在结构上形成的水膜上快速滑动的最优参数。5)分析了仿生肋结构表面的蒸发特性。发现仿生平肋结构表面的液滴延迟蒸发时间是光滑表面的1.41倍;系列仿生高低肋层次结构表面的最大液滴延迟蒸发时间是光滑表面的1.36倍,均展现出良好的延迟蒸发行为,这是两种仿生表面均能展现优异集水性能的重要因素。在蒸发过程中,仿生平肋结构表面单位时间内平均蒸发体积比光滑表面降低35.1%,界面稳定性好,能保持润湿性在疏水状态以上,对集水性能持续增进;系列仿生高低肋结构表面中,高-低-低-高仿生结构的延迟蒸发性能最佳,其结构表面液滴单位时间内平均蒸发体积相比光滑表面降低32.8%,从高-低-低-高仿生结构到高-低-低-低-低-高仿生结构,随着低肋占比的升高延迟蒸发性能逐渐降低,表明结构排列更为紧密规则的超疏水性仿生表面在蒸发过程中对液体体积损耗量更小,延迟蒸发性能更好。对比结果发现,仿生平肋结构和仿生高低肋层次结构都具有延迟蒸发性能,进而保护表面集水性能,且两种结构的延迟蒸发性能相近,而具有高低肋层次结构的集水性能更强,远优于平肋结构,因此仿生高低肋结构表面具有更多的集水量。