材料的表面性质在材料科学中占有重要地位。表面润湿性是表面性质中的一个关键特征。近年来仿生表面浸润性能的表征及可控制备方面已经取得了卓越的进展，然而对于表面微结构的模拟分析依然甚少，尤其是表面润湿的动态行为。本论文主要开展了四个方面的研究：第一，从聚合物超疏水表面的制备出发，进而分析表面微结构对接触角的影响；第二，针对最近关于。Wenzel和Cassie模型的激烈争议，应用热力学方法分析解释该两种模型的适应范围；第三，应用热力学方法分析具有亲疏微纳结构表面上液滴的动态行为：第四，模拟分析液滴在超疏水表面的蒸发模式。主要内容包括：　　 1.通过简单的聚合物成膜途径，制备了聚苯乙烯(PS)超疏水表面。制得的表面形貌仅具有棍状相连的一级微米结构，但展现了与荷叶微纳二级结构表面同样优异的超疏水性质。进而对表面微结构进行拓扑统计分析，分析结果揭示仅有一级粗糙结构的表面即可以获得出色的超疏水特性。　　 2.应用热力学方法及能量最低原理讨论了经典“Wenzel”和“Cassie”润湿等式的适应范围及其有效性问题。当固体表面仅存在微观异构时，总能求导即得到“Wenzel”和“Cassie”方程。但若存在宏观异构，鉴于液滴在铺张过程中组分与总接触面积比不断改变，只能搜索所有能量的极小值以求得相应的接触角。计算结果与最近文献报道的实验结果一致，接触角反映接触线位置所在组分的性质，而非经典模型预测的总个接触面积的平均效应，表明基础热力学分析方法是一种更为有效和可靠的分析表面润湿性的方法。　　 3.应用热力学方法分析了微纳二级结构表面上液滴的动态行为。计算结果表明，单一的微米结构即可以实现超疏水，但纳米结构极大的影响液滴的动态滞后行为。当纳米区域固—液界面表现为“Cassie”状态时，液滴很容易滑落，而一旦表现为“Wenzel”吸附状态，液滴将被粘附在基底上。所陈述的分析从热力学角度对微纳结构于液滴动态行为的影响作用给出了机理解释。　　 4.基于Fick扩散定律，采用椭球缺理论模型对静置水滴在天然荷叶及仿生聚合物超疏水表面上的蒸发全过程中接触角和液滴高度变化进行了模拟。结果显示，随着水滴的挥发，接触角在初期显示微小的下降后，在140°左右急剧减小直至消失，然而液滴接触面积在整个蒸发过程基本保持不变。这种不同微纳二级超疏水表面接触角的相同变化趋势揭示出微纳二级结构表面结构不仅影响液滴接触角，也影响液滴蒸发模式。　　 表面粗糙度作为表面的一个基本特征，也是影响材料应用的重要参量之一。应用粗糙表面的光学散射特性及相应的表面散斑检测技术，本论文开展了三个方面的研究：第一，自行搭建一套电子散斑干涉系统；应用该系统检测带缺陷的聚合物薄膜拉伸受载下的表面散斑干涉条纹变化；第二，应用电子散斑观察和有限元分析相结合的方法探讨纤维增强复合材料的界面性能；第三，应用电子散斑干涉技术研究甲磺酸左氧氟沙星药物分子在琼脂糖凝胶中的扩散行为。主要内容包括：　　 1.基于表面散斑的统计特性，搭建了一套电子散斑干涉系统，包括光学硬件平台和图像采集、处理、实时显示和数据处理软件平台。应用该系统检测了聚合物薄膜存在单缺陷，双缺陷，三缺陷，四缺陷时，拉伸加载下的位移变形场变化，不同的缺陷图案化变形场都在缺陷位置出现变形集中现象；并且采用有限元方法对实验过程进行了模拟分析，结果显示有限元模拟与激光散斑观察吻合一致。该实验分析提供了一种全场检测材料中缺陷生长演化的方法。　　 2.应用自行研制的电子散斑检测系统研究了纤维复合材料的界面性能。由于环氧树脂与碳纤维粘接稳固，等速拉伸过程中该复合材料的等间隔变形增量趋于一致；而硅橡胶与纤维材料粘接不牢，当形变能超过基体与增强体之间的粘结能时，纤维与硅橡胶脱层，继续拉伸，形变出现周期变化。并且采用有限元方法对纤维复合材料界面受载全过程进行了模拟分析，结果显示有限元模拟与激光散斑观察基本一致。该有限元分析可提供更多基体材料及界面性能的相关信息。　　 3.应用电子散斑检测系统研究了药物分子甲磺酸左氧氟沙星在琼脂糖水凝胶的扩散行为。基于Fick第二定律和最小二乘法拟合，从散斑条纹图计算得到了药物分子的扩散系数，结果显示药物分子的扩散速率随自身浓度或凝胶浓度的升高都降低。进一步利用反映位阻效应的Amsden和Ogston模型对扩散行为进行模拟比较，基本一致的模型分析与实验结果表明，位阻效应是影响甲磺酸左氧氟沙星在琼脂糖凝胶中扩散的主导因素。