近年来，在电子纸显示、液体透镜以及生物芯片等应用领域，微流体技术(microfluidics)逐渐成为研究热点。其中，对单个液滴进行精确操作的数字微流体技术（digitalmicrofluidics）尤其受到人们的广泛关注。相比传统的微流体技术，数字微流体技术不仅继承了体积轻巧，使用样品量少等优点，而且可借助小液滴实现更加快速及精确的反应、或液体操控。最近，数字微流体技术对电子纸显示器件、新型透镜等领域产生了革命性的冲击，具有快速响应速度的电润湿电子纸，新型的可连续变焦的液体透镜等技术不断涌现。在生物医学领域，随着液滴体积的减小，甚至可以实现单分子或单细胞操作。对于数字微流体技术而言，在亚毫米尺度范围内，流体系统中的表面张力将远大于重力而起主导作用，因此，对表面张力的控制技术成为研究数字微流体技术以及提高器件性能的关键。目前研究报告中介绍的表面张力控制手段主要有:表面活性剂的紫外光或者电化学调节、温度梯度控制以及其他复杂的光电系统调节等。在实际数字微流体应用中，人们期待不需外部辅助设备，简单低成本且可灵活操作的表面张力调节手段，来实现并提高以上所述数字微流体器件性能。本论文针对表面张力的有效控制技术，从静态和动态调节两个方面展开了研究，其重要研究成果总结如下:　　 1.通过结合微纳米级结构以及低表面自由能，可以获得与水滴接触角大于150°的超疏水表面。目前研究人员通常关注超疏水表面的自清洁特性，抗污染特性，针对减迟滞特性却缺乏系统的研究。我们建立了超疏水表面结构对减迟滞特性影响的理论模型，并在不同微纳米尺度的氧化锌结构上实验发现空气比例、结构间隙的增加将有益于产生减迟滞特性更佳的微流体平台。与此同时，在微米级结构表面覆盖纳米级结构所形成的双重粗糙结构有利于提高超疏水表面的稳定性，在此基础上，我们研究和制备了具有很强减迟滞特性的稳定的超疏水表面。在诸如电子纸显示器件、液体透镜及生物芯片等数字微流体系统中，流体迟滞力的减小不仅能减小流体扩张与收缩阻力，提高像素单元对比度变化和连续变焦速率，而且能降低驱动能源消耗。　　 2.由于不存在拥有足够低表面自由能的材料产生疏油效果，超疏油表面无法利用现有超疏水表面一样的原理进行制备，超双疏特性的实现必须依赖于新的结构设计。另外，目前油水分离薄膜主要依靠聚四氟乙烯喷涂金属网制备而成，但是由于其亲油性不好，容易造成大的油性流体流动阻力，降低油水分离效果。我们首先从理论上研究了超双疏表面的形成机理，理论模型显示，通过在固体表面制造凸形微观结构可以利用液体的表面张力获得局部稳定的空气/液体界面，从而产生超双疏效果。与此同时，我们采用水热法在网状金属基板表面成功制备了具有多重粗糙度的氧化锌纳米结构，受益于表面的多重粗糙度，在进行疏水化处理以后，基板不仅显示了理想的超疏水性，还拥有了理想的超亲油性，降低了油性流体流动阻力，实验验证了良好的油水分离功能。多重浸润特性表面的研究在工业应用中具有重要意义，可以利用超双疏表面减小电子纸显示器件以及液体透镜中油性流体的粘附力，也可以借助油水分离功能在微流体器件中制造流体阀。　　 3.通过在传统电润湿器件的导电电极和液滴中间增加一层疏水介质薄膜，可以获得性能更加稳定和实用的EWOD器件。并且受益于优越的表面张力控制能力以及微量液滴操作性能，EWOD是实现数字微流体器件最具潜力的技术。但是由于缺乏给内部电极施加电压的有效技术手段，研究人员一直无法有效实现可同步操作多重微量液滴的二维EWOD数字微流体器件。利用现有的集成电路制造工艺制备多层电极结构可以解决这一问题，但是其制造成本较高。我们采用多层印制电路板作为EWOD器件的基板，利用分布在内部电极上的不同类型过孔，有效地、低成本地解决了内部电极电信号接入的问题，并以此实现了真正的二维EWOD数字微流体器件。在二维器件中，我们可以同步实现多种微流体操作及反应测试，极大地提高了微流体操作效率。　　 4.通常所说的EWOD器件是在光滑疏水表面上进行的，如果在超疏水表面进行类似操作，我们可以获得相比光滑表面更大的接触角改变。然而，在多数情况下超疏水表面接触角改变是不可回复的，在空气环境中这一问题尤为突出，由此产生液滴迟滞力的增加会严重影响到数字微流体器件性能。我们通过设计超疏水表面结构参数，在非浸润状态下实现了液滴接触角的可回复变化。由于微观结构间隙顶端存在的空气/液体界面在一定量电润湿力作用下依然能保持稳定状态，存在电润湿电压安全操作区间，从而实现部分可回复角度变化。与此同时，我们通过在纳米结构和导电电极之间增加介质层的方法，在浸润的超疏水表面实现了可回复性良好的电润湿现象。超疏水表面液滴由于非对称形变产生的驱动力要远大于光滑表面，并由此产生更快的流体扩张与收缩响应速度。良好的接触角改变可回复性使得这样优异的液滴驱动性能可利用到实际的数字微流体器件中，提高器件工作性能。