快速准确制备可控的微纳米结构，对功能材料的器件化应用具有十分重要的意义。在传统的图案制备方法中，基于光刻技术的微加工方法虽然得到的图案精度较高，但存在步骤繁琐、组装材料有限且成品效率低等缺点;而围绕自组装技术开拓的各种新技术目前局限在平面结构，图案组装面积较小且精度低。本论文从纳米功能材料的多维组装图案化研究出发，以含有功能化纳米材料的液体多维操控为核心，发展了构建多维微纳米图案的简单方法，制备了多种图案化功能器件，并对其在表情识别、运动监测等多分析传感器和电路优化串线、趋光微生物组装、三维光电器件等应用进行了探索。本论文开展的主要研究工作如下:　　1.最优微纳线路的印刷制造。受蚂蚁、蜜蜂和萤火虫等群体智慧的启发，如蚂蚁的巢穴并不是简单的直线连接，而是交叉排列，涉及到节点间最短连接问题，即Steiner Tree排布。基于此设计了液滴的自发收缩成型思路，使含有纳米颗粒的溶液自然形成热力学上最低表面能的状态，其对应的就是数学上所有节点间最短连接，从而实现了最优微纳线路的印刷制造。由于其多交叉的连接构造，其与传统平行线相比，减少了65.9％的电磁干扰。液滴在模板间自发收缩成最低表面能状态，使最终印刷的最优微纳线路长度减少了8.9％，延时减少了17.1％，能量延损减少了24.5％，为将来高性能芯片的线路制造提供了全新的设计思路。　　2.纳米材料三维立体结构的制备。设计了液滴立体自发成型透导多种功能纳米材料共组装的新策略,发展了液滴操控微纳米材料组装方法。利用一系列具有特殊形状排列的硅柱模板，与功能纳米材料的水相和油相组装液所组成的三维夹层结构，使功能纳米材料随着溶剂的挥发，沿着液滴立体成型的方向共组装为可控的精细三维立体交叉结构。银纳米颗粒组装的三维立体交叉电路显示了卓越的导电性能，两种量子点共组装的三维微纳结构在小于3μm处仍发出颜色差异明显的光，显著降低了制备复杂微纳立体结构的障碍。　　3.趋光微生物的可控组装。设计了液滴变形诱导功能分子组装的策略，并应用到微生物组装领域，实现了微生物趋于发光结构的可控组装。研究了液滴变形过程中，功能分子在宏观界面张力（温度影响）和微观分子间相互作用力（浓度影响）的共同作用下组装为多种微纳图案。利用具有优异发光特性的功能分子构筑微纳结构，含有正趋光性微生物的液滴均匀铺展在含有锁式结构的发光图案上，微生物自发向锁式结构的中心移动，实现了生物体的可控有序组装。　　4.可穿戴高灵敏表情识别传感器的印刷制备。利用图案化硅柱阵列模板，与含有纳米颗粒的组装液及柔性薄膜构筑的三明治夹层，随着溶剂的挥发，气-液-固三相接触线的有序收缩，从而形成了周期与振幅可控的曲线形液桥阵列，不断缩小的液桥空间为纳米颗粒的沉积提供了规则有序的限域组装空间。待溶剂挥发干，便在柔性薄膜上形成了规则的微纳米级曲线阵列，进而制备了对微小形变有稳定电阻变化的传感器芯片。不同周期和振幅比的曲线阵列传感器对应变的电阻响应曲线有明显差异，可以实时监测人在不同环境和心理条件下，体表微形变的相关生理反应，在表情识别、脉搏监测、心脏监护、远程操控等领域有重要作用。　　5.微纳编织方法制备识别全身关节运动的多分辨传感器。多种编织图案的微米纤维传感器，具有差异化的拉伸应变电阻响应，能够应对不同幅度的形变条件产生丰富的反馈信息。将此微米纤维传感器分别贴付在在膝关节、肘关节和肩关节进行动作识别，将采集的电学数字信号进行分析，可定量监测人体运动中关节的动作幅度及连续运动中姿态，为运动健康监测和专业运动分析提供了多功能传感设计和数据采集分析的新思路。