溶解优化问题是指针对特定的固液界面体系，在外场作用下，采用溶解的方式使界面形貌发生演化，体系势能降低，特定的界面性能得到优化的问题。溶解优化问题涉及到多个过程，包括溶解、界面动力学、性能优化过程。阐明不同溶解条件下固体形貌的演化机制，有助于加深对以上过程的认识，解决能源开采、生物医药、微纳制造等多个领域中的瓶颈难题。
本文主要针对溶解优化的三个关键科学问题：溶解导致的形貌演化、溶解过程的尺寸效应、溶解形状的优化性能展开研究。溶解优化是一个跨尺度问题，溶剂化与扩散过程起源于微观尺度，形状与性能的优化存在于微观与宏观尺度。因此采用跨尺度研究方法，通过分子动力学模拟研究溶解优化过程，采集固液界面的形貌、溶解速度、液体压强分布、固体应力分布等物理量随时间的变化，从原子尺度理解溶解优化的机理。并通过微米尺度实验进行对照，发现溶解优化过程中的尺寸效应，确定溶解优化过程在实际应用中的可行性。为了深刻理解影响溶解界面动力学的微观机制，综合考虑了初始形状、几何尺寸、外在驱动、材料属性等因素下的溶解优化过程。此外，通过分子动力学模拟测试了不同溶解形状的优化性能，提出了优化形状的潜在应用。本文聚焦于溶解优化问题中逐渐深入的三个典型模型：针尖、通道、阵列基底，主要研究内容和成果如下：
纳米针尖的溶解优化。模拟了纳米针尖的溶解优化过程，阐明了针尖轮廓演化的机理，制定了纳米针尖的优化准则，提出了衡量针尖尖锐度的无量纲参数，厘清了固体溶解能力与初始尺寸对针尖尖锐度的影响机制，结合理论和模拟考察了纳米针尖的毛细力。研究结果揭示了弯液面附着下纳米针尖的溶解机理，为优化纳米针尖的制造提供了理论支持。
纳米流体通道的溶解优化。模拟了纳米流体通道的溶解优化过程，阐明了端口效应在纳米流体通道溶解中的作用机理，厘清了溶解能力、流体速度和通道长度对溶解优化过程的影响，并利用实验进行了对照，通过模拟考察了纳米流体通道的输运性能和储能性能。研究结果阐明了纳米流体通道的溶解界面动力学，并为设计具有优化性能的纳米流体通道提供了理论支持。
纳米阵列基底的溶解优化。模拟了圆柱阵列下基底的溶解优化过程，阐明了圆柱阵列阻碍下基底的形状演化机制，厘清了圆柱间距、驱动力、圆柱-基底相互作用对溶解过程的影响，表征了优化纳米阵列基底的输运性能和方向性。研究结果有助于加深对纳米阵列基底界面动力学的理解，并为提高纳米阵列基底的输运性能提供了可行的手段。