纳尺度固液界面润湿和物质输运由于其基础科学意义以及在材料、能源、环境等领域的重要应用前景,近些年受到了学术界和工业界的广泛关注。一方面,微观尺度的分子间相互作用是润湿问题的本质,可以反应宏观的润湿性质。充分理解润湿在微观尺度的基本原理,有助于发展润湿理论、探索表界面科学,为调控宏观润湿性质和物质输运行为奠定理论基础。另一方面,得益于纳米技术的不断发展,纳米孔道、纳米管道、石墨烯毛细通道、微阵列仿生表面等纳米结构的制备技术越来越完善。液体在这些纳米结构中表现出特殊的润湿行为,如快速输运、定向输运、超疏水、润湿性转换等现象。借助这些特殊的润湿行为,可以实现纳米结构自组装、表面自清洁、发电、海水淡化、微流动控制、石油增产等特定功能。因此,纳尺度固液界面润湿和物质输运的力学机理,不仅在表界面科学中占重要地位,还对工业生产有着重要的意义。接触线是液体在固体表面的三相接触区域,对液体的润湿和输运行为起到了决定性作用。本文围绕纳尺度下接触线对润湿和物质输运的影响,针对接触线处毛细力的定量描述、液体在纳米通道内蒸发和流动的驱动机理、油水界面润湿特性与接触线移动三个关键科学问题,进行了一系列研究。提出了定量描述液滴三相接触线处毛细力的理论模型。从微观上深入剖析了界面张力的物理意义并对其进行分解,找到了一种新的方法来定量描述固液气三相接触线处的毛细力,进一步明确了该毛细力与界面张力之间的区别和联系。在此基础上,建立了描述液滴接触线处毛细力平衡的理论模型,并从力学角度给出了 Young方程的合理解释。同时还发现在小接触角的情况下,固液和液气界面在接触线处存在重叠,固体表面的液体有序层状结构对毛细力具有重要影响。进一步将光滑固体表面上液气共存体系的毛细力模型推广到粗糙固体表面以及双液体系统,拓展了理论模型的普适性。发现相比于光滑固体表面,当固体为粗糙表面时,液体在基底上的流动性减弱,降低了接触线处的切向毛细力大小。并提出了一种利用界面张力和固液作用直接预测双液体系统接触角的新方法。在理论分析的基础上,采用分子动力学模拟对上述理论模型进行了验证。研究了液体在纳米通道中的蒸发机理以及由蒸发驱动的液体流动。通过统计纳米通道中的蒸发流量分布,发现液体在靠近壁面处的蒸发流量明显提高,造成了纳米通道蒸发速率的尺寸相关性。从自由能角度出发,提出了纳米通道液体蒸发的驱动机制,解释了蒸发流量与通道宽度、壁面润湿性和气体相对湿度的关系。分析了液体在通道内流动和蒸发的能量损耗,建立了蒸发驱动的通道内液体流动模型,指出在给定外在环境下,蒸发驱动为液体流动提供的等效压差并不是常数,而是与通道长度有关。发现加强液体分子间相互作用,可以提高第一界面层的蒸发增强比率,解释了水在纳米尺度受限下的超高蒸发速率。研究了纳米孔道中黏弹性聚合物驱替盲端油滴的力学机理。建立了黏弹性聚合物驱替纳米孔道盲端残余油的模型,分析了被困油滴的驱替过程,确认了聚合物驱油的拉拽效应可以提高微观采油效率。同时发现聚合物分子链越长,驱油效果越好。聚合物的黏弹性分析表明,当聚合物的链长增加,储能模量和松弛时间都随之增大,加强了聚合物的弹性,使聚合物在孔道中可以更充分地拉伸,并向困在盲端中的油滴施加更大的拉拽力,有利于提高微观采收率。本文研究结果对深刻理解界面润湿和物质输运的诸多现象提供了新的认知,为固液界面力学在微纳流控芯片设计、纳米结构自组装、海水淡化、提高低渗透油藏采收率等领域的应用提供了理论基础。