矿物表面疏水性是影响浮选效果的一个很重要因素,而表面疏水性不仅会受到表面化学性质的影响,矿物表面形貌也会影响其疏水性。并且,实际矿物表面多是非均匀光滑的,因此很有必要研究液滴、气泡与粗糙表面在粘附过程中的相互作用。为了揭示液滴、气泡与微结构表面的粘附机制,本研究中在聚二甲基硅氧烷(PDMS)固体表面上制造了规则、单一结构的表面形貌,包括微孔、微柱体、凹槽微结构。通过微天平测力系统与CCD相机相结合,对多种光滑表面以及三种微结构(粗糙)表面与液滴在粘附过程中的作用力进行直接测量,并将作用力的测量值与理论计算值进行对比分析。首先,对液滴与光滑固体表面作用力计算理论公式的有效性进行验证。固体表面与液滴的相互作用力由表面张力(FS)和毛细力(凡)两部分组成。结果证明理论公式可以计算光滑表面与液滴的相互作用力,其有效性得到验证。其次,基于三相接触线的可视化探究液滴与各向同性(微孔、微柱体)微结构表面作用力计算的理论公式。分别选取Pore 55和Pillar 510两个样品作为微孔和微柱体结构样品的代表,直接观测三相接触线后退时的形貌。在微孔结构表面三相接触线是连续的,整体比较平滑;在微柱体结构表面上,它是非连续的,接触线发生脱附的时间非常短暂,稳定阶段三相接触线基本位于微柱体顶端的中间部位。根据三相接触线的形貌,估算标准化接触线长度(δ)的值,并引入理论公式中计算微结构(粗糙)表面与液滴的作用力。对于微孔结构表面,当δ等于1.00时,实验值与计算值有很好的一致性。对于微柱体结构,当δ分别等于0.90和0.86时,最大粘附力(Fmax)和脱附力(Foff)的实验值与计算值吻合度很高。本文首次提出微结构表面与液体作用力的理论计算公式,且证明表面固体分数不应该被考虑到理论公式中。然后,探究液滴与各向异性(凹槽)微结构作用力计算的理论公式及分析液滴各向异性润湿特性。凹槽结构表面与液滴作用力的计算值与实验值相符时,δ2的值为0.75-0.76,说明三相接触线在平行方向上发生了扭曲。直接观测发现三相接触线确实发生明显的扭曲,观测结果与数值分析相吻合。初始阶段,垂直方向测量的接触角(θ⊥)大于平行方向测量的接触角(θ∥);在Fnax点或附近,二者几乎相等;在Foff点附近,θ⊥反而小于θ∥,证明三相接触线跨越凹槽结构发生移动时会受到更显著的接触线钉扎效应。液滴铺展后,平行方向液滴基底直径(a)要大于垂直方向液滴基底直径(b);在Fmax和Foff点时,a和b变得几乎相同。在最稳定的状态下(Fmax点),液滴倾向于恢复到对称的形态,表现为圆形的基底形状以及液滴周围均匀的表观接触角。同时,研究分析液滴与固体表面作用力、自由能变化与各参数之间的关系。接触角θin、θmax是表征铺展力(Fin)、Fmax的重要参数;无论是光滑表面还是微结构表面与液滴的粘附力均与接触角滞后、固位力之间没有确定的相关性。固体表面与液滴的作用力与相应的粘附功呈现出良好的正线性相关性,作用力随着接触半径的增加而增加。液滴与微孔结构表面的Fin随着固体分数的减小而减小。固体分数的减小会使得微孔结构表面的粘附力小于光滑PDMS表面的粘附力(负效应),而气体体积变化会使微结构表面的粘附力有所增加(正效应),两种效应叠加使得部分微孔结构表面的粘附力大于光滑PDMS表面的粘附力。微柱体、凹槽结构表面与液滴的作用力都要小于光滑PDMS表面与液滴相应的力,而且作用力都随着固体分数的减小而减小。液滴在微结构表面上自发铺展过程中体系自由能的变化与铺展力做功线性相关。当表面处于Cassie-Baxter状态时,微柱体结构表面表现为较强的疏水性。但当表面润湿状态转变为Wenzel状态后,液滴与微柱体表面的Fin以及Fax都增加,接触半径也会显著增加。最后,研究了气泡与微结构表面的粘附特性及影响因素。Pore 550、Pore 520、Pore 510、Pore 55以及凹槽结构样品(G 55、G 510、G 520)与气泡的粘附时间都随着固体分数的减小而增加。G 55、G 510、G 520与气泡的接触直径随着固体分数的减小而减小,而且都要小于光滑PDMS样品与气泡的接触直径。增大气泡的形变量可以促进微柱体表面与气泡发生粘附。当微柱体结构表面的固体分数近似相等时,减小微结构的尺寸可以减小与液滴的粘附力、提高与气泡的粘附概率。固体表面宏观小气泡使得固体表面与气泡的粘附直径显著增加;Pillar 5表面的微气泡使得表面与气泡的粘附时间更短,接触直径更大。表面润湿状态对微柱体表面与气泡的接触角、粘附具有显著影响。