表面多级形貌广泛存在于自然界和日常生活中,如荷叶表面存在大量“微凸”,形成微纳米结构,使其具有超疏水能力;壁虎趾上覆有小盘,盘上存在微小的毛状突起,末端分叉,增强趾的粘附能力,使其可以在极光滑与垂直的面上攀爬,这些现象引起人们对表面微形貌的探索。随着纳米技术和微电子工业的发展,表面微结构广泛应用于工程技术领域,表面薄膜失稳作为一种有效构筑表面微结构的方法受到人们关注。本文针对具有正弦结构表面的硬薄膜-软基底系统,通过理论、有限元模拟和实验研究表面形貌的形成及演化规律。对于这一方法的研究有助于解决相关工程结构问题、拓展膜-基系统在现代科技领域的应用,在微纳米制造、柔性电子器件以及三维自组装等领域有着广阔的应用前景。首先,针对具有正弦结构表面的硬薄膜-软基底系统,对其表面薄膜失稳行为进行理论分析。建立了二维正弦结构膜-基系统表面失稳的理论模型,假设薄膜与基底之间为理想界面,不存在滑移、脱粘等现象。考虑受单轴拉伸载荷下,正弦结构薄膜失稳的临界应变与失稳波长,在平面薄膜解的基础上做出修正,并通过数值计算预测了不同幅值下表面薄膜的失稳形貌。其次,利用有限元方法模拟了正弦结构膜-基系统表面失稳的动态屈曲过程,重点分析模型几何参数(薄膜厚度、模型预拉伸、正弦结构波幅)和材料属性(薄膜-基底模量比)对表面失稳形貌的影响。基于平面薄膜临界失稳波长理论,得出了平面薄膜最终失稳波长的解析表达式。对于正弦结构膜-基系统,还考虑了当上层薄膜为非均匀薄膜时的失稳模态,提出了通过改变薄膜几何参数和材料属性获得复杂表面形貌的方法。然后,通过实验研究了正弦结构波幅、表面薄膜的厚度与杨氏模量对失稳形貌的影响。使用3D打印技术获得具有正弦结构的模具,通过浇筑成型得到正弦结构PDMS样品,再利用自制预拉伸装置对样品完成拉伸-辐照-释放过程,样品表面由于辐照形成“硬层”,释放后会产生失稳波纹,“硬层”的厚度和杨氏模量通过辐照时间进行控制。使用场发射扫描电子显微镜观察观测样品表面的失稳波纹,并与有限元模拟结果进行了定性比较,验证了辐照时间、辐照区域对表面失稳形貌调控的可靠性。最后,通过在有失稳波纹的正弦样品表面涂覆纳米级二氧化硅颗粒,构筑了稳定的微纳米复合结构,测试了其表面疏水性能和耐摩擦性能,并与只有二氧化硅涂层的表面进行了比较,分析了微米级失稳形貌对疏水性能和耐摩擦性能的影响。