热气泡成核现象是自然界中最基本的物态变化现象之一。由于成核时间极短(微秒至纳秒),胚核尺寸极小(微米至纳米),以当前的实验手段还无法直接观察到热气泡从胚核逐渐长大的完整过程。目前关于热气泡的成核机理还存在很多争议,对纳通道中热气泡成核的认识更充满未知。本文利用分子动力学模拟方法,建立了符合实际物理过程的热气泡成核模型,系统考察了均质氩体系,纳通道中的受限氩及受限水体系的热气泡成核过程和机理。同时,基于Coulter计数器原理,利用微纳加工技术,设计、制作了研究纳通道中受限溶液的热气泡成核器件,并通过检测流经纳通道两端的电流,实际考察了纳通道中受限溶液的热气泡行为。　　 在均质氩体系的热气泡成核过程中,不同于以往的模拟结果,我们并没有观察到相关文献报道的稳定存在的纳米气泡。取而代之的是,我们观察到,当系统温度达到过热极限温度时,系统内部的某些区域由于密度涨落,会自发、随机地产生一些形状不规则、转瞬即逝的空穴。某些时刻,当系统中出现的单个胚核,或由多个小胚核合并后的胚核尺寸超过临界胚核尺寸时,胚核迅速长大,相变发生,系统长大为一个宏观意义的热气泡。对于二元均质氩体系,我们发现,减小系统中少量存在的异质原子与系统中多数氩原子之间的作用力时,由于异质原子周围的氩原子受到的束缚力变小,系统中更容易产生导致热气泡成核的胚核,系统的相变温度将显著下降。而当异质原子与氩原子之间的作用力增强时,尽管异质原子可以拉拽更多的氩原子,阻碍热气泡成核的发生,但由于异质原子的数量较少,系统的相变温度基本不变。　　 传统经典成核理论认为,对于有固液界面存在的异质体系来说,由于粗糙度、受限空气等因素的存在,其相变温度一般低于均质体系的相变温度。由液体分子内部密度的自由涨落引起的均质体系的相变温度被认为是液气相变温度的最高极限。然而,通过考察纳通道中的受限氩及受限水体系的热气泡成核,我们发现系统的相变温度随通道高度的减小剧烈升高。当纳通道的固体壁面与受限液体的作用强度大于或等于液体分子间的作用强度时,通道中受限液体的分子排列呈现出有序的层状结构,这些有序排列的层状分子具有较体态不受限情形更低的势能,这将导致通道中受限液体的相变温度甚至可以远高于对应的均质系统的相变温度。该结果与传统经典成核理论的相关描述完全相悖。由此可见,纳米尺度的一些热气泡成核行为已无法通过传统经典成核理论准确预测,经典热气泡成核理论需要进一步完善和修正。　　 本文还模拟了具有不同壁面性质,不同壁面结构的纳通道中受限氩及水体系的热气泡成核过程。对于受限氩体系来说,当固液作用减弱时,壁面附近的液氩原子受到固体壁面的束缚作用减小,固体壁面处容易形成诱发热气泡成核的胚核,从而导致系统相变温度的下降。而当固液作用增强时,热气泡成核在远离固体壁面处发生,系统相变温度基本不变,且与对应的均质体系的相变温度基本相等。仅壁面存在的凹穴结构对系统相变温度没有任何影响,但通过降低通道壁面的部分区域与液体的作用强度,可以有效降低系统的相变温度并准确控制纳通道中的热气泡成核位置。类似于二元均质体系中的异质原子的影响,通道中溶解的气体亦会降低系统的相变温度。与受限氩体系类似,对受限于纳米通道中的水体系来说,当通道的固体壁面具有亲水特性时,接触角的变化对热气泡成核温度的影响不大。但是,当固体壁面表现为疏水特性时,接触角的增大可以有效降低热气泡的成核温度。这些结果在微纳尺度传热等领域具有重要的工程应用意义。我们从能量和功的角度探究了这些现象的产生机理,并基于阿伦尼乌斯方程,探讨了热气泡成核现象的本质。　　 实验方面,基于Coulter计数器原理,利用微纳加工技术,设计、制作了一种研究纳通道受限溶液的热气泡成核器件,并搭建了检测平台。试验结果表明,制作的器件可以有效用于纳通道受限溶液的热气泡成核研究。通过测量并分析流经纳通道两端的电流随加热线圈电压的变化情况,推测纳通道中产生了行为复杂的热气泡。但是,首批制作的器件加热线圈在高温时的电阻温度系数(TCR)还存在较大的不稳定性,器件的加工工艺仍需改进(如增加对加热线圈进行退火等处理工艺)。