随着新型储能技术、生物医学工程等前沿交叉领域的迅速发展，对微纳米尺
度下流体界面力学性质的表征与调控提出了新的需求。相较宏观流动，微纳尺度
下表面力效应凸显且涉及到多物理场耦合的问题，极大的增加了微纳尺度界面
力学性质研究的难度。另外，由于光学衍射极限的存在，传统的光学方法难以实
现对微纳尺度下界面流动及力学行为的表征。
因此，本文针对微纳尺度下流体界面力学性质的三个关键科学问题: 表征手
段、力学特性、调控机理开展了相关的工作。利用原子力显微镜在微纳尺度力学
测量及精确控制等优势，发展了导电型长针型悬臂探针技术对接触线动力学进
行研究，实现对接触线动力学与微观接触角动态行为的表征；结合胶体探针技术
对界面作用力进行表征。在此基础上，发现并阐明了电压调控下离子液体在金属
表面的接触角迟滞的转变；表征了离子液体限域环境下微纳尺度不同范围内的
界面力；实现了液-液相分离体系极低界面张力(10−4 N/m 量级) 的定量表征。本
文的主要研究内容及研究成果如下：

首先，针对离子液体微纳尺度润湿动力学的表征与调控问题，本文发展了导
电型长针式原子力显微镜技术，具备对流体界面精确操控和亚纳牛尺度力学表
征的双重优势；发现并阐明了离子液体在金属表面的接触角迟滞在电压调控下
的明显转变；通过分子动力学模拟展现了带电界面上由离子液体形成的类固层
结构和能量的演化。综合实验和模拟结果给出了一种不同于传统电润湿原理的，
通过电压调控离子液体界面层结构的排列和能量的势垒，从而引起流体界面接
触角迟滞转变的新机制。
其次，针对离子液体固-液界面多尺度力学表征的问题，本文采用胶体探针
结合原子力显微镜技术，实现了离子液体限域环境下微纳尺度不同范围内的界
面力学的表征；通过测量远距离流体黏滞阻力，定量表征了离子液体的黏度；测
量了离子液体双电层静电排斥力，展示了离子液体与传统稀电解质间的明显区
别；测量了近壁面间类固层的作用力，获得了类固层的结构与力学信息。

最后，针对极低界面张力的力学表征与生物相分离液滴力学性质的表征与
调控问题，本文通过长针式原子力显微镜技术对多肽相分离液滴及ATXN2 蛋白
相分离液滴的界面力学性质进行研究，实现了对极低界面张力（10−4 N/m 量级）
的定量表征，获得了生物相分离液滴的界面张力和黏度及其在盐浓度调控下的
改变，为后续研究生物相分离液滴的力学性质与生理功能间的联系提供基础。
以上工作发展的实验手段为研究微纳尺度流体界面力学行为提供了可行的
工具，为检验各类理论模型与数值模拟提供了可信数据，为探究界面上复杂现象
的物理本质提供参考。