液滴的蒸发现象在自然界中普遍存在。在过去的二十几年里，液滴蒸发中的微流动和颗粒沉积引起了科研人员极大的研究兴趣，这既因为蒸发过程中蕴含着丰富的物理学现象，例如常见的咖啡环效应，又由于其在微流控制、光子晶体制备、疾病诊断等领域展现出广阔的应用前景。然而，关于蒸发液滴中的颗粒组装动力学理论仍然不完善，这大大限制了其应用。　　本文的主要工作之一是参与研制了实践十号卫星有效载荷分系统-胶体材料箱。载荷由结构单元、注液管理单元、样品管理单元、光学观察单元、驱动控制单元五部分构成，其主要功能包括在空间实现复杂流体的均匀分散、管理控制、加热蒸发和光学观察。对载荷开展了大量的地面测试及试验验证，表明胶体材料箱满足空间微重力环境下的液滴蒸发及胶体组装实验要求。最终顺利完成了空间在轨实验。　　基于胶体材料箱空间实验平台，利用表面亲疏水图案化技术在空间成功开展了液滴操控实验，并通过液滴蒸发研究了图案化基片的浸润和控制机理。结果表明，基片的浸润行为呈现三种机制:常疏水角模式、常接触面积模式、常亲水角模式，其中常接触面积模式是基片能够实现液滴控制的关键。液滴在常重力和微重力下的形状分别可以通过椭球缺和球缺模型来描述，与常重力相比，微重力环境下能够实现更大体积液滴的控制。表面图案化技术具有操作简单，控制能力强等优点，因此在未来空间流体管理、生物传感器、空间制药等领域具有广阔的应用前景。　　利用微分干涉显微技术，研究了液滴蒸发最后阶段薄液膜的破裂和颗粒的二次组装过程。揭示了咖啡环内部二维网络状图案的形成机制，网络状图案由大量干区组成，原位显微观察表明单个干区的形成可分为三个阶段:破裂启动、干区出现并扩展、残液干燥。通过研究发现，颗粒的聚集和液膜的去浸润是两个相互耦合的过程:颗粒不均匀分布造成的抽吸效应，导致干区在颗粒稀疏区域首先出现，加速了液膜的破裂过程;液膜的去浸润（干区扩展）控制了颗粒的聚集，通过表面张力主导了颗粒的组装过程，决定了最终的沉积图案。这项工作拓展了Deegan提出的咖啡环效应，完善了蒸发液滴中的胶体颗粒沉积理论。　　开展了空间微重力和地面常重力下胶体液滴的蒸发实验。通过对蒸发液滴侧视轮廓和内部颗粒运动的分析，提出了微重力环境下咖啡环效应的弱化机制，阐明了重力在颗粒组装过程中的影响。通过进一步研究包含不同粒径颗粒的正置液滴和倒置液滴的沉积图案，表明重力沉降效应、界面捕获效应和咖啡环效应在蒸发不同阶段分别主导了颗粒的沉积。对于正置液滴和倒置液滴，提出颗粒和气液界面之间的相对运动分别存在着追击机制和相遇机制。这两种机制的提出进一步丰富了蒸发液滴中的颗粒沉积理论，对于预测和调控沉积图案的形貌，具有很大的指导意义。　　基于蒸发液滴中的颗粒沉积理论，本文最后对沉积图案的调控开展了初步的探索研究。通过基底加热，一方面增大了颗粒的沉积速率，提高了胶体晶体的制备效率，另一方面得到高质量的密排结构。通过控制初始液滴的体积、颗粒浓度及颗粒粒径，可以实现对沉积形貌的调节。利用表面改性的方法及蒸发液滴的特定物理效应，实现了液滴边界以及内部沉积形貌的调控。通过倒置液滴中的重力沉降、液面捕获及咖啡环效应的竞争关系，成功实现了二元胶体液滴沉积图案中的大小颗粒分离。沉积图案的调控研究，有助于在未来制备和发展特定结构和功能的微纳尺度材料。