在微机电系统(MEMS)中,由于尺寸效应和表面效应,微构件间的摩擦成为影响MEMS性能和可靠性的关键。通过微观表面形貌修饰来揭示与控制微构件的摩擦行为成为MEMS摩擦学设计的研究方向之一。本文在硅材料表面进行了微观形貌修饰,并在纳米到微米尺度下对其摩擦行为进行了实验研究和理论分析。由于现有的摩擦测试手段与MEMS实际工况相差甚远,作者研制了一台分辨率为8μN的微摩擦测试实验装置,可以控制不同的相对湿度,测量法向载荷为0.6-5mN范围内的球-面接触和面-面接触黏着力和摩擦力,论文利用该仪器研究了微形貌修饰硅表面的一系列摩擦特性。本文将构件微观形貌对摩擦行为的影响划分为两类,分别为接触区域内影响和接触区域外影响。通过不同形貌修饰表面在针-面、球-面和面-面接触下的干摩擦实验发现,在接触区域内影响摩擦力大小的形貌参数主要为粗糙度、平均峰顶曲率半径、相关长度和条纹方向,并且存在形貌修饰最优化可能。接触区域外的形貌主要影响摩擦的稳定性。本文建立了接触区域外形貌对摩擦影响的弹性棘轮模型,认为摩擦力不仅受斜率影响,而且与表面曲率半径有关。在纳米尺度研究中斜率对摩擦力的影响较大,在微米尺度研究中表面曲率半径的影响较大,并通过实验进行了验证。结合弹性棘轮模型建立了粘滑模型,认为在“粘”的过程中,测头是一边振动一边向前滑行,只是运动的速度很慢,这很好地解释了“爬滑现象(creep-slip)”。并通过AFM、UMT和自制仪器,研究了形貌修饰表面的摩擦不稳定性。结果表明,粘滑距离与表面微观形貌参数相关。建立了湿度环境下的面-面接触摩擦模型,认为存在相对湿度临界值。当相对湿度大于临界值时,摩擦力会突然大幅增加。通过自制仪器对规则凹坑修饰表面做了黏着和摩擦实验,结果发现随表面凹坑面积比增加,黏着力和摩擦系数均增加。