本文提供一种二氧化钛超微球和纳米线双粗糙结构的疏水薄膜的制备方法。该二氧化钛超疏水薄膜主要由微米级的TiO2微球和纳米级TiO2纳米线组成的二元微纳结构以及低表面能物质构成。其制备方法为：采用水热法制备TiO2微球，离心洗涤后加入聚氨酯树脂作为粘结剂充分搅拌均匀得到疏水微球TiO2胶体。将胶体通过旋涂法制膜后煅烧获得疏水TiO2微球薄膜。再将TiO2微球薄膜浸入TiCl4水溶液获得一层TiO2致密层。然后在处理后的微球多孔膜表面水热生长TiO2纳米线超疏水薄膜。最后用乙醇洗净后干燥，在表面沉积一层低表面能物质，即可获得高稳定性和疏水性能的TiO2微球和纳米线双结构的疏水薄膜。本发明具有疏水性能好，力学性能稳定性好，反应温度低，对环境友好等优点。