液态金属是一种室温下呈液态的金属,兼备金属和流体特性,具有良好的导电性、导热性和流动性。凭借其独特的理化特性,液态金属在高功率电子器件、高热流芯片冷却等热管理中得到广泛应用,近年来液态金属还成功应用在柔性电子器件、智能驱动器、电化学传感器和微机电系统等领域。具有独立三维对称结构的液态金属微球在周期性先进功能器件中备受关注,然而由于液态金属的高表面张力和大密度等特性,如何制备具有高单分散性的液态金属微球成为亟待解决的难题。同时,液态金属在电场作用下表现出优异的电动力学性能,具有流体驱动与混合的潜能,有望在流体操纵方面获得突破。为此,本论文以镓铟锡合金液态金属为研究对象,对微尺度液态金属液滴生成和电场作用下液态金属界面电动力学特性展开研究。从微纳尺度两相流基本理论出发,分析了微液滴形成机理及其生成过程中的Plateau-Rayleigh不稳定性,提出了微针诱导制备液态金属液滴新方法,并建立了微针诱导粘性效应抑制Plateau-Rayleigh不稳定性模型;建立了基于相场法的微针诱导生成微液滴轴对称数值仿真模型,对液态金属液滴生成过程进行了分析,并探究了微针表面润湿性、界面张力、外相粘度和内外相流体速对微球直径和生成频率的影响规律,为微针诱导法制备具有高表面张力的微液滴奠定了理论基础。从界面理论、电化学极化过程以及电动力学角度出发,分析了液态金属/电解液双电层充电动力学模型,阐述了直流电场调控液态金属液滴两侧的压力降,揭示了液态金属在直流电场调控下的连续电润湿机理,为电场调控液态金属致周围流体流动研究奠定了基础。基于微针诱导粘性效应分析,搭建了基于微针诱导合成Galinstan液态金属液滴的玻璃毛细管微流控芯片系统,实验研究了微针诱导作用下液态金属液滴生成过程与液滴被剪切时的力学行为,对比分析了有针和无针作用下所制备液态金属液滴的尺寸均一性,分析了微针对液态金属液滴生成稳定性的影响;通过在内相玻璃毛细中安装金属微针和玻璃毛细管微针,研究了微针表面润湿性对液滴尺寸均一性的影响;探索两相流体界面张力、流速比对液态金属微球直径的影响规律,通过调节两相流体流速,可高效制备不同尺寸的液态金属微球,液滴最小直径可达65μm。在外加直流偏置电场作用下,液态金属两侧由于电势差异致其表面张力变化,从而诱导产生连续电润湿效应。基于电场调控液态金属液滴表面机制,提出了一种电致表面张力驱动液态金属马达,搭建了该电场调控液态泵的实验系统,得到电场作用下液态金属段在微通道中运动的平均速度;实验研究了电解液浓度、电压幅值、驱动电场的频率以及液态金属液滴体积对液态金属泵的驱动速度的影响规律;研究了低频作用下液态金属的振荡和边振荡边输运行为,为液态金属在低功耗、无磨损液态马达中的应用提供了依据。从双电层、诱导电荷电动力学和连续电润湿机理出发,建立了带电液滴自身表面自由电荷和感应双电层共同所致双电层压降数学模型,得到电场调控液态金属液滴表面诱导产生的全局粘性剪切流引起的净流体流动和局部粘性剪切分量诱导产生的流体流动,建立了交流电场调控液态金属液滴连续电润湿效应的仿真模型,仿真研究了电压幅值和驱动频率对流体流速的影响,为后续的流体混合奠定了理论基础。并基于交流电场作用下液态金属发生变形所致周围流体漩涡设计了一种新式高通量微混合器,实验研究了电压幅值、电场频率、电解液离子浓度和入口流速对混合性能的影响规律,在合适参数条件下,混合效率可达91%。电场调控导电液滴的电动特性为流体操控中的应用研究提供了新思路。