高质量金属微纳结构的制备受到材料、电子、物理、电化学等领域的广泛关注。由于金属铜具有优异的电学性能以及低成本的特点,已经被应用于微纳器件与系统等多个领域,如电极、互连、封装等。现有微纳加工技术主要基于二维光刻的表面微加工技术来制备金属结构,较难实现金属微观结构的调控和高深宽比结构的制备。随着器件小型化和特征尺寸的降低,需要具有更高力学强度的导电结构及互连线路。微尺度增材制造技术,不仅具有高深宽比、复杂几何结构的加工能力,而且有望实现对微观结构的有效调控,为新型三维微结构器件提供了新的解决方案。本论文基于动态弯液面限域电化学沉积直写工艺,通过对动态弯液面中多物理场的调控,制备了高导电性和高强度的孪晶铜微结构,研究了其形成机理及在多芯片互连和增材制造中的应用。本论文主要开展了以下研究工作:首先,利用动态弯液面中电化学梯度（ECG）诱导的不均匀电沉积特性,开发了一种直流模式动态弯液面限域电沉积（DC-DMCED）直写工艺。该工艺通过调控ECG的大小,实现了在无填加剂或机械搅拌条件下直流电沉积高密度纳米孪晶微结构。通过有限元模拟和控制变量法实验研究,分析了环境相对湿度、施加电流、以及硫酸浓度等实验条件对电极表面ECG大小的影响。研究发现,降低环境湿度、提高沉积电流和降低硫酸浓度,由于咖啡环效应,在固液气三相移动接触线处形成了较高的浓度梯度（ICG）及电场梯度,有效地提高了ECG。通过成分分析和物相分析发现,在较高的ECG(Δμmax=15.58 k J mol-1)条件下形成结构密实、高纯度的纳米孪晶,而在较低的ECG条件下则形成纳米晶。纳米压印测试结果表明制备的纳米孪晶具有优异的力学性能。DC-DMCED工艺消除了使用添加剂可能造成的污染,以及机械搅拌难于与微尺度增材制造技术集成的困难,为具有优异机械强度和导电性的金属微纳结构提供了成本低廉、操作简单的成型方法。其次,MCED直写技术用于3D悬空互连线成型具有较高的自由度,但不同部件之间的过渡行为和机制还没有被研究。研究发现,由于在跨越不同导电性基底的过程中不可避免地形成了双极电极（BPE）,常规的两电极DMCED工艺将导致线型互连失效,难以在多个导电基底间沉积互连结构。针对这一问题,本文进一步开发了一种双阳极DMCED工艺,通过抑制双极电化学反应,消除了BPE导致的互连失效,实现了在两个导电基底间的均匀过渡。研究表明,双阳极DMCED工艺制备的互连线具有低的电阻率（～57.6μΩcm）和高击穿电流密度(～6.56×1010 A/m~2),能够可靠地驱动较大功率电子器件。该技术提供了一种多芯片间的互连线直写工艺,有望应用于下一代基于电化学可加工材料的微电子产品3D全打印。最后,为实现高精度金属微结构增材制造,进一步研究了DMCED层层叠加工艺。首先,研究了弯液面的动态稳定性的影响因素,包括喷嘴-基底间距离、电流,建立了连续均匀沉积的弯液面稳定窗口,研究了增材制造过程中的单层沉积工艺。实现了单层最大填充率达84.8%,以及直线性和圆形二维图案化结构填充。以此为基础,研究了层层叠加过程。针对多层叠加导致的表面粗糙度不断升高而无法继续沉积的问题,开发“电化学沉积-电化学刻蚀”相结合的增减材复合3D打印工艺,有效地降低了打印多层结构的表面粗糙度,从而实现了层层叠加结构的稳定打印。