界面水在自然界中普遍存在,与众多的物理、化学过程以及生物功能密切相关。如水和界面的相互作用在摩擦、生物体的识别与表达、催化以及电化学等领域都有着重要的作用。但由于研究手段的限制,过去对界面水的研究一直只限于理论阶段。近年来,扫描探针显微镜技术的发展为界面水分子的结构、动态行为以及性质的研究提供了强有力的工具,人们对于界面水分子有了更加直观深入的认识。然而,对于大气条件下界面水分子层还有很多值得探讨的问题,有待于进一步研究解决。本文主要利用原子力显微镜技术探究界面水分子层的动态行为及其影响因素,以及界面水对于界面性质的影响,包括电/磁学性质、摩擦学性质等。论文主要由以下几个部分构成:第一章,绪论。从原子力显微镜技术的发明开始,简述了原子力显微镜的工作原理以及主要的工作模式,并详细介绍了原子力显微镜技术在界面水领域的研究进展,包括气固界面水、液固界面水以及固固界面水（限域水）,最后概括了本论文的立题依据以及研究意义。第二章,通过原位加热原子力显微镜技术观测了石墨烯/二氧化硅界面类冰状水分子的微纳结构及热力学性质,并探究了该类冰状水分子层对石墨烯和二氧化硅基底之间电荷转移的影响。扫描开尔文探针显微镜表面电势分布图中显示,电子密度会从石墨烯转移到冰状水分子层,导致石墨烯的空穴掺杂。同时,石墨烯场效应晶体管的电输运测量进一步证实了这一结果。此外,密度泛函理论计算为揭示冰状水分子层对石墨烯的电子贡献和电荷转移机制提供了理论依据。本章研究的开展为设计新型的石墨烯湿度传感器提供了理论支持。第三章,利用基于原子力显微镜的磁力显微镜技术研究了限域水对云母基底上二维纳米材料如二硫化钼、石墨烯片层的磁学性质的影响。通过磁力显微镜相位图测试,发现限域水分子层的存在会一定程度上减弱二硫化钼的磁性信号。类似地,限域水分子层同样可以减弱石墨烯的磁学信号。这是由于限域水分子层的存在一定程度上影响了二硫化钼/石墨烯的电荷分布进而导致其磁学性质的改变。扫描开尔文探针显微镜表面电势结果显示,限域水分子层对二硫化钼起到了电子掺杂的作用,表明存在微量的电子从水分子层转移到二硫化钼片层,进而影响其磁学性质。本章的研究结果对调控磁性二维纳米材料的磁性具有重要的指导意义。第四章,采用高分辨原子力显微镜技术直接观测了云母表面冰状水分子层的微观结构及动态行为,并探究了水分子层的生长机理。通过对原子力显微镜成像过程中机械力和扫描线密度的调节实现了水分子层的可控生长,并揭示了水分子层在针尖诱导和升高温度竞争作用下的热稳定性和生长状态。此外,侧向力显微镜的测试结果表明,水分子层的存在可以显著降低探针与云母之间的摩擦力。本章研究的开展为大气条件下固体界面上水分子层的直接观测和操纵提供了可行性,进一步丰富了我们对界面科学的认识。