日常生活中经常会出现由于表层和内部弹性性质不同导致的表面失稳,形成高低起伏的形貌,如瓜果的表皮、皱纹等,这实际就是屈曲结构。近年来,随着仿生制备技术的发展,已经可以人工制备柔性屈曲结构,这种结构在调控表面润湿性方面引起了研究者的广泛关注。本文首先从热力学角度出发,理论分析一级屈曲结构、多级屈曲结构表面的润湿状态以及润湿稳定性,并与实验结果进行对比。然后利用屈曲结构尺寸可灵活调控的特性,将屈曲结构和润湿梯度相结合,实现液滴的定向移动,并可以通过结构设计更加灵活的调控其铺展长度。本文的主要研究结果和创新点如下:(1)利用热力学方法推导了液滴在一级屈曲结构表面两种润湿状态的接触角预测方程。详细分析了屈曲微结构表面液滴浸润的转型过程以及其势垒变化的趋势。通过屈曲微结构尺寸与预应变的理论预报关系公式推导出表观接触角与拉伸预应变的方程,建立起接触角与屈曲制备参数的关系。通过机械预拉伸的方法实验制备出屈曲结构表面,表观接触角的实验结果与理论计算吻合。通过原位机械加载的方法实现了对屈曲结构表面润湿特性的灵活调控。(2)研究了液滴在多级屈曲结构表面所有的润湿状态,利用热力学理论推导出了相应的表观接触角方程,详细的分析了条结构尺寸和屈曲结构尺寸对润湿状态的影响。分析了液滴在润湿转型过程中自由能的变化以及转型所需克服的能量势垒。最后,通过实验制备出多级屈曲结构对理论计算进行了验证,且实验结果与理论结果相吻合。(3)利用屈曲结构表面的各向异性润湿性来改善润湿梯度表面液滴的定向铺展长度。通过等离子刻蚀的方法在平行于屈曲结构的方向上制备出化学润湿梯度。由于屈曲结构尺寸调控灵活的特性,还可以通过调节屈曲结构的尺寸,实现在相同的润湿梯度下,改变液滴定向铺展的效果。(4)研究了具有屈曲结构的结构梯度和化学梯度复合的润湿梯度表面的液滴定向铺展。对于仅具有结构润湿梯度的疏水表面,液滴接触角的变化范围较小;而仅有化学润湿梯度的表面,其范围也只能从疏水到亲水或者疏水到超亲水。将结构梯度和化学梯度的结合,使得接触角变化范围进一步增大进而改善液滴的铺展效果。综上所述,多级屈曲微结构对于表面润湿性具有十分重要的影响,通过理论研究建立了表面润湿性与屈曲微结构的关系,推导了不同预应变下表观接触角的方程,实现了屈曲结构表面润湿性的机械调控。将屈曲结构与润湿梯度相结合制备了复合屈曲润湿梯度表面,改善了液滴的定向铺展长度,并实现液滴流动的灵活调控。