随着科学与工程向微纳米尺度拓展,宏观中被忽略的毛细相互作用在小尺度范围反而会变为主导因素。依据所夹液体体积是否有限可将毛细力分为桥接与横向两类。桥接毛细力在诸如AFM测量、纳米操控、多孔介质及毛细力驱动自组装等领域均有广泛应用。而横向毛细力不仅有助于研究昆虫划水、纳米棒坍塌、毛发状表面的超疏水机制等,更重要的是它提供了一个可调控的胶体系统,因而常被用作类比模型研究晶体、准晶及超导磁通涡旋等复杂相变机理。专注于上述两类毛细相互作用的建模及应用,本文系统开展了相应的理论、仿真及实验研究。针对桥接毛细力,以自组装为背景开展弯液面演化过程中毛细力的统一建模及耦合模式对自组装可靠性分析的研究。基于唯象提出的弯液面变形模式,建立起能同时给出任意构型下由弯液面能量最小化趋势产生的横向、垂向回复力及回复力矩的统一模型。定量比较理论与Surface Evolver (SE)仿真的弯液面轮廓或回复力/力矩时,二者均吻合良好由此验证了模型及变形模式的正确有效性。结果表明小扭角范围内复杂的弯液面演化过程可看为“板系”的刚体运动。基于上述模型及SE仿真,采用定点自由扭转模式系统分析了耦合模式下横向错位对最终角方向错位的影响。理论与仿真均揭示出具有分区稳定性特征的复杂相图,而角方向与横向错位具有紧密伴随性(已有实验验证)。因此为提高自组装产率,需首要引入外界激励消除横向错位,随即自然消除角方向错位实现良好对位。针对横向毛细力,以单根倾斜圆柱-界面基本构型为研究对象开展三相接触线变形的特征分析及毛细力标度律的仿真与实验研究。首先通过SE仿真与实验分别给出单根倾斜圆柱形成的弯液面轮廓,定量比较二者吻合非常好,由此证明了SE仿真的有效性。接着系统分析了不同倾角、接触角及半径下的大量SE仿真数据,讨论了三相接触线的偏移、拉伸及畸变特征。结果发现接触线整体上呈现自相似特征而在单一模式下各自存在特定尺度规律,最终给出可预测任意构型下接触线形态的理论方程。随后讨论了接触角、倾角及半径对毛细力的影响规律。最终基于拉伸模式下的不变结构(实验验证),通过将接触线近似为倾斜椭圆给出可完全描述不同倾角、接触角以及半径下毛细力的通用标度律。