表面纳米气泡的研究在过去二十年里持续增加,已经成为胶体科学和界面物理研究的热点。由于其在工业、医学、环境等领域的应用前景不断显现,因而对表面纳米气泡基础力学性质的研究具有十分重要的实际意义。而要深入的研究表面纳米气泡,则首先要将表面纳米气泡从众多的纳米物质中区分出来。本文使用原子力显微镜的不同成像模式研究了表面纳米气泡、聚合物纳米液滴和固体微颗粒三种不同纳米物质的形貌特征和纳米力学响应。研究发现:(1)在标准的轻敲模式下,这些纳米物质表现出类似的形貌特征,但无论是球冠形形貌还是椭球冠形形貌,都难以有效地区分这些纳米物质。然而,在改变加载力的连续性形貌测试和纳米压痕测试中,这些纳米物质表现出明显的差异性,从而可以识别表面纳米气泡。这不仅是由于它们的力学性质不同,而且还由于探针与纳米物质之间的相互作用受到探针润湿性的影响。(2)连续性形貌测试结果表明:表面纳米气泡的宽度和高度都随着加载力的增大而减小,其在加载力为5.0 n N时从高度图中完全消失,而在加载力重新减小到0.3 n N时恢复到初始形貌。(3)在纳米压痕测试中发现:表面纳米气泡与亲水探针之间的相互作用与弹簧类似,都遵循胡克定律。因此,基于压痕测试获取的表面纳米气泡力-距离曲线,进一步研究了表面纳米气泡的刚度性质。研究发现表面纳米气泡的等效刚度随着气泡曲率半径的增大而减小。通过能量分析和力分析建立的理论模型合理地解释纳米气泡刚度的尺寸依赖性。而通过理论模型反推出表面纳米气泡的气-液界面张力远低于水的表面张力。(4)最后,本文还探究了纳米气泡刚度模型对纳米气穴的适用性。研究发现:尽管纳米气穴与表面纳米气泡等效刚度的趋势一致,但是由于缺乏描述纳米气穴变形的变形方程,纳米气穴的刚度无法直接移植纳米气泡的刚度模型。本文所开展的表面纳米气泡的识别研究和气-液界面的刚度研究有助于进一步加深对表面纳米气泡的一些奇特物理性质和物理现象的理解,有助于加速实现表面纳米气泡在实际工业生产中的应用。