Pickering乳液是通过分散在油水界面上的胶体粒子而稳定的乳液,近年来作为胶体粒子的重要应用得到了越来越多的关注。例如,油漆的特性修饰、纳米颗粒在医药靶向药物释放方面等。通过改变界面上胶体粒子间的相互作用,可以调节Pickering乳液稳定性,并设计得到适合不同需要的稳定的流体、凝胶和晶体；另一方面,由于胶体粒子同时在时间和空间尺度上便于直接利用普通光学显微镜进行实时原位观察和追踪,所以水平油水界面上的胶体粒子是用于研究凝聚态物理中的问题的理想二维模型体系,例如二维挤阻转变等。因此,深入理解界面上的粒子行为并阐明界面粒子间的相互作用是实施相关应用或开展相关基础研究的前提。Pieranski在气水界面上观察到胶体粒子间存在长程排斥力,并首次提出界面上胶体粒子间的偶极-偶极相互作用模型。随后,Aveyard在实验上证明当水相中含有高浓度的盐时,界面上的胶体粒子之间仍然具有长程排斥力,且远大于理论预测值,并推测这个额外排斥力来源于残存小液滴上的剩余电荷。然而,目前胶体粒子在界面上的诸多行为还不能被彻底理解,许多科学问题亟需阐明。为了探索这些问题,本文主要进行了以下几个方面的研究：1.综合运用多种基于显微成像的先进技术,包括亮场成像和粒子追踪技术、高速转盘共聚焦成像、激光扫描共聚焦成像、显微微注射以及显微微电泳等技术,对分散在油水界面上胶体粒子的行为进行系统的研究。我们的研究发现胶体粒子在界面分散时,当粒子在接触界面的瞬间,界面张力会导致粒子沿界面高速喷射；在此自发过程中,粒子与界面的摩擦将产生电性为负的剩余电荷并累积在浸没于油相中的粒子表面上。同时,这些剩余电荷不能长时间稳定存在,它们会随着时间的流逝在几小时内逐渐衰减为零。失去剩余电荷稳定保护的胶体粒子间的排斥作用将大幅减弱,在水相有一定浓度电解质存在的情况下,界面粒子将产生不可逆的聚集。基于摩擦起电这一物理现象,我们还通过建立模型描述上述界面粒子行为,即：对剩余电荷产生和消除的过程进行量化。2.进一步研究使得粒子在界面上油相一侧产生剩余电荷的摩擦起电的情况。通过选取不同种类的胶体粒子,如高分子胶体粒子PMMA,金属粒子金纳米颗粒,生物胶体粒子绿脓杆菌,我们发现,除金属粒子以外,其他粒子在界面上均表现出了摩擦起电导致的剩余电荷引导的排斥力。通过改变粒子分散液中分散剂的种类和浓度,如将分散液中异丙醇的浓度从1-20%连续变化,我们发现,随着异丙醇浓度的增大,粒子在界面上的分散过程中发生的摩擦更加剧烈,继而引导了更强的长程排斥力。为了与分散液分散方法对比,我们使用重水分散法,即依靠浮力差分散胶体粒子,对粒子在界面的分散状态进行了对比研究。实验结果发现,粒子在油水界面上分散良好,且在接触界面瞬间没有产生摩擦。使用重水法分散的粒子不能在NaCl溶液／辛烷的界面上稳定,没有表现出剩余电荷作用。这些结果充分地证明了摩擦起电的猜想。我们的系统研究显示,胶体粒子在油水界面上的长程排斥力由两部分组成,一是水相中可被电解质屏蔽的偶极-偶极排斥作用,其大小不会随时间变化；二是油相中不可被电解质屏蔽的静电排斥作用。这个长程静电排斥作用来源于通常使用的分散液分散法过程中粒子在接触油水界面瞬间高速摩擦产生的剩余电荷,且大小会随着剩余电荷的逐渐消散而减小为零。当使用重水分散法,可以避免粒子在界面发生摩擦,从而完全消除由剩余电荷引导的随时间衰减的长程静电排斥力。另外我们发现,粒子经过摩擦产生剩余电荷,以及剩余电荷的消散具有普适性。该机制的阐明对许多研究具有广泛的意义,例如,利用我们的方法可在流体界面上实现对绝缘的生物大分子(如DNA,蛋白质或病毒颗粒等)的“充/放电”。