非均匀润湿性图案化表面可实现液滴存贮和运输等操控行为,在药物研发和干旱多雾地区水资源收集等领域具有重要应用价值。但现有非均匀润湿性图案化表面加工技术尚不能满足液滴多样化操控需求。本文采用化学/电化学加工和微铣削等微纳制造技术通过区域性调整材料表面微结构或化学成分加工出非均匀润湿性图案化表面,并研究了液滴在所加工表面上的粘附、运输、混合和分离等静动态行为和相关机制,为新型智能液滴操控平台的设计和制造提供了理论和技术基础。主要研究内容及结果如下:(1)分别采用电液束加工和掩模化学氧化并结合低表面能修饰技术在金属基底加工了疏水/超疏水图案化表面,基于所加工表面,进行液滴滚动试验,分析了疏水/超疏水图案化表面液滴的各向同性/异性滚动特性。结果显示,液滴的各向同性/异性滚动阻力受疏水区微结构、宏观形状和尺寸影响,且影响规律可由Furmidge界面液滴滚动阻力模型预测;通过控制液滴的各向同性/异性滚动可实现液滴存贮和无损转移等操控行为。(2)利用微铣削技术直接在金属超疏水表面加工出亲水微沟道图案,并分析了亲水微沟道上液滴的各向异性滚动机制及其在重力驱动液滴操控方面的应用。结果证明,亲水微沟道上液滴沿平行于和垂直于沟道方向的滚动阻力具有显著各向异性,且各向异性可由沟道宽度、数量、间距及沟道间夹角定量控制;在重力驱动下,各向异性滚动阻力可使液滴沿沟道滚动,实现开放式液滴混合功能,混合效率可达167 μL/s;相比封闭式微流控芯片,此开放式液滴混合系统具有成本低、易观测、无气泡等优点。(3)采用掩模电化学刻蚀法在金属超疏水表面加工了超亲水图案,分析了该超亲水图案上拉普拉斯压力梯度驱动的液滴操控过程。结果表明,掩模电化学刻蚀能够以点蚀及点蚀扩展的形式定域去除超疏水表面氟硅烷层加工出超亲水图案;先用高电位均匀去除大部分氟硅烷层,为避免强电场破坏微结构,再转用低电位去除剩余部分是加工高质量超亲水图案的关键;所加工的楔形超亲水图案可实现拉普拉斯压力梯度驱动的液滴运输和混合,且液滴运输速度和混合体积可分别由楔形图案张角和相对位置控制。(4)采用掩模化学氧化法在铜箔上加工了水下亲油/超疏油图案化表面,并利用该表面提出一种拉普拉斯压差驱动的水下油滴运输方法,研究了油滴运输体积和速度的影响因素及其影响规律。结果表明,掩模化学氧化法可通过定域构建纳米结构来加工水下亲油/超疏油图案化表面;在该表面上,由亲油通道连接的亲油圆形图案(蓄油池)上的油滴在拉普拉斯压差驱动下会自发沿通道运输,且运输体积和运输速度可由蓄油池、连接通道尺寸和油液性质控制;利用多蓄油池间的油滴运输可实现自适应油滴分离和混合。