界面纳米气泡与纳米液滴的成核与生长机理在微流体力学和疏水表面的吸附特征等研究中具有潜在的重大意义。表面微结构上纳米液滴的成核与生长表现在许多基础与实际的界面过程中,如露水的形成、冷却装置中的水蒸气凝结以及微滴状功能性结构的制备等。本文基于微纳米级液滴的研究现状,从平滑均匀的平面基底上生成纳米液滴入手,研究了具有较复杂微结构基底上纳米液滴的成核与生长机制。并以此研究结果为基础,探讨了表面聚合物微结构以及微纳米级液滴在光学特性、快速微萃取等方面的应用。本文主要研究内容与结论如下:(1)基于溶液交换原理,完成了在大表面积平面或曲面基底上的表面纳米液滴的生成。生成的液滴大小在整个平面基底表面都是均匀的,并且其尺寸是可调节的。(2)研究了不同实验条件下液滴的表面覆盖率、液滴的基底面积和围绕在液滴周围的裸露区域三者之间的相关性。同时,借助径向分布函数g(r)和Voronoi曲面细分分析了空间相关性。结果表明:表面覆盖率随流量、通道高度和油液浓度的增加而增加,达到35%～50%之间趋于饱和态;表面纳米液滴生长过程中液滴间的相互作用与控制液滴生长的具体条件无关。(3)从实验和理论入手,得到了亲水平面区域包围的微透镜结构上的飞升油状液滴的生长机制。油状液滴通过溶剂交换产生,该过程中饱和溶解度低的液体溶剂取代了饱和溶解度高的溶剂从而形成了液滴。实验结果表明:对于不同实验溶剂,液滴可部分或完全覆盖透镜表面;微透镜结构上生成的纳米液滴的接触角,在较大范围内通过液滴的体积进行了规范的调整;微透镜结构上纳米液滴的生长主要是通过恒定接触半径模型来描述的。研究过程中,本文提出了一种简单而有效的复合微透镜阵列的生产方法,即通过使用具有不同折射率的聚合物来制造微透镜。(4)在对纳米液滴进行Voronoi分析的基础上,利用MATLAB软件对复合型结构的纳米液滴进行部分结构重组,并科学计算了液滴的接触角、体积等几何参数;运用SurfaceEvolver及ANSYS软件对纳米液滴的生长过程以及溶液交换过程中浓度的变化进行了模拟与仿真,验证并预测了实验结论。(5)基于复合微透镜的结构特性,研究了该结构在科研与实际中的应用。结果表明:复合微透镜的高曲率能产生良好的衍射效果,可应用于增强光收集;微透镜结构有利于增强纳米萃取效果,可保证在微通道中进行有效的现场检测。