近几十年来,利用微流控技术制备微颗粒引起了人们的广泛关注。能够大规模生产微小液滴的台阶式乳化微装置成为实现微流控技术从实验室走向工业生产的重要突破口,然而相关机理尚不太明确。本文利用高速摄像系统,探究了台阶式微流控装置内气泡和液滴的生成机理与调控机制。主要内容如下:研究了台阶式微流控装置中气泡生成的动力学机制。探究了气泡生成过程的动态界面演化现象。研究发现,气泡的生成过程可分为扩展、夹断和蓄能三个阶段。气相从微通道通过平台结构进入无壁面约束的大空腔,并在界面张力作用下,基于界面自由能的减小过程发生颈部的自发夹断。增大气相流量和液相流量、减小液相黏度使得气泡生成各阶段经历的时间减小。另外,随液相黏度的增大夹断阶段消耗的时间逐渐变长,使其成为气泡生成过程起主导作用的阶段。基于气泡生成机理,构建了包含毛细数、气液相流率、台阶宽度等参数在内的气泡体积预测模型。探究了台阶式微流控装置中液滴的生成动力学机制。探明了液滴乳化过程的动态界面演化现象。实验发现了由空腔内液滴堆积效应诱导产生的介于滴状流和喷射流之间的过渡流区。并通过改变平台宽度和空腔体积,实现调整滴状流流区大小的目的。分散相黏度的增大容易导致平台结构作用失效;在流型发生转变时,液滴尺寸骤增现象也随之消失。在滴状流下,液滴尺寸随分散相惯性力和黏性力的增大略微增大。构建了包含分散相韦伯数We和奥内佐格数Oh的液滴尺寸的半经验半理论预测模型。此外,发现提高分散相流量可以减小颈部断裂所形成的卫星液滴的体积,利于实现液滴产品质量的提升。揭示了台阶式微装置中气泡和液滴生成过程的共性和差异性。实验发现,气泡和液滴基于相同的生成机制,其差异源于分散相和连续相之间密度差的不同。由于密度差,气泡和液滴分别受到浮力和重力的影响。因此,水平放置芯片会导致气泡层或液滴堆积现象的产生,使得装置乳化通量以及液滴和气泡单分散性下降。竖直放置芯片后,浮力能够促进气泡的夹断过程;重力则会加快液滴排出避免堆积现象的发生。最后,基于目前对台阶乳化微装置中气泡和液滴生成机理与调控的理解,构思了新一代的高通量台阶乳化微装置系统。