浸润性(亲/疏水性)是固体材料表面的重要特性之一，它是由材料的组成和表面结构共同决定的。浸润性按照表面接触角以及接触滞后效应一般可分为亲水、疏水以及极端情况下的超亲水、超疏水。亲/疏水性一般以液滴接触角小于或者大于90度来定义。超疏水则是指表面液滴宏观接触角大于150度的情形。表面浸润性的科学研究对于表征固体材料表面的化学性质有着重要的意义。具有超疏水性的固体表面在科学研究及实际应用方面都有着重要的意义。 近年来的研究表明，固体表面的纳米结构对超疏水性起到重要的作用，它可以产生很大的接触角。受到来自荷叶表面的超疏水和自清洁效应的启发，科学家对于如何调控固体材料表面的微米、纳米结构实现超疏水的技术表现出极大的兴趣。这些调控方法分为主要的两类：一是传统的获得表面纳米结构的方法，包括化学表面处理及表面修饰，分子自组装，以及基于MEMS的微纳米加工技术等。另一类是非传统的纳米加工技术--这是本论文重点采用的技术。 本论文作者利用简单易行且成本低廉的纳米复制方法，以自然界植物(荷叶)作为天然模版，以常见高聚物(PDMS，PMMA等)为主要材料，成功制备出具有稳定的超疏水特性的材料表面。这种利用天然模版以及简单的纳米复制方法得到的表面具有与荷叶表面相似的微结构以及相同的疏水性，据此说明材料表面的微结构对表面的浸润性有着非常重要的影响。利用成本低廉的纳米复制方法进行大规模的生产将大大提高实际应用价值，同时转印的天然模版表面结构可以更加深入了解和研究生物表面形貌构成。 本论文主要包括以下内容： 1纳米结构对材料表面性质的改变。纳米结构对于材料表面的浸润性有重要的影响。具有特殊浸润性(超疏水，超亲水等)表面的材料由于具有独特的物理化学性能受到研究人员广泛的关注。这方面的研究成果对于工农业生产以及日常生活的各个领域会产生很大影响。例如，具有超疏水表面的材料可以应用于防水，防污染，自清洁，抗氧化等。固体表面的浸润性是由材料的化学组成和表面微观结构共同决定的。特殊的纳米结构可以使固、液相接触面积大幅降低导致固体表面获得很高的接触角以及较小的滚动角，从而使其具有超疏水的性质。 2实现表面纳米结构的方法。传统的获得材料表面纳米结构的方法主要包括用化学方法进行表面处理以及表面修饰、表面分子自组装、基于MEMS的微加工技术以及利用自组装纳米颗粒掩模的刻蚀技术等。本文采用的则主要是非传统的纳米加工技术--纳米复制技术。本文详细介绍了非传统的纳米压印技术(Nano-imprint)，包括软光刻，热压印，UV固化压印等方法的工艺流程以及其在微加工领域内的应用。 3纳米结构表面浸润性的研究。采用天然的荷叶作为模版，利用纳米复制技术制备出与荷叶具有相似表面结构与相同疏水性的PDMS材料，称之为“人造荷叶”。人造与天然荷叶的液滴表面接触角均为160度，滚动角小于2度，具有稳定的超疏水特性。具有相同材料而不同几何结构的表面具有不同的疏水性，证明了除了材料本身特性之外，表面的纳米结构对疏水性有着重要的影响。利用纳米复制技术制备的超疏水表面在许多科学领域具有重要的应用价值。另外，通过液滴在宏观超疏水表面的蒸发实验，验证了超疏水性宏观与微观模型概念上的区别。当液滴减小至尺度与固体表面结构尺寸可以相比时，液滴将塌陷从而浸润微结构导致“伪疏水”。此时经典模型将不再适用，表面的疏水性完全取决于材料自身的特性而与其结构无关。 4博士期间的其他工作。主要介绍了利用微流系统中的多相层流效应实现微流芯片燃料电池的制备和研究。引入微流芯片的概念及制作方法及微流系统的主要特征--层流效应等。通过设计并引入置于燃料及氧化剂中间的电解质溶液并改变其流速，可以精确控制电池的输出电压及电流，并且有效避免了由于氧化剂与还原剂直接接触扩散导致的电压降损失以及副产物的形成。用微流方法制备的燃料电池其体积小巧、易于集成、电流电压可控等特点可以应用于微流控芯片的电源装置以及功能更加灵活多样的集成微流控系统。