薄膜结构在自然界和人工系统中普遍存在,比如地壳结构、植物果实、动物皮肤、表面涂层以及各种薄膜器件等。薄膜和基底通常是由不同物质构成,因此两者之间存在力学性能失配,从而力、热、光、溶液等外界环境的刺激会使薄膜在制备或使用过程中产生较大的压缩/拉伸应力。拉伸应力会使薄膜表面产生开裂形成各种形状的裂纹;而当压缩应力超过临界应力,薄膜表面失稳形成各种形貌,常见的有褶皱、屈曲。压缩应力诱导的薄膜表面形貌与基底性质密切相关,当基底为刚性材料时,薄膜与基底之间倾向于脱层形成屈曲;当基底为柔性材料时,薄膜表面倾向于形成均匀的褶皱形貌。薄膜表面产生褶皱形貌通常伴随着薄膜材料的性能失效,然而近几十年来人们发现褶皱形貌在柔性电子、可调谐光栅、传感器和能量收集器等领域都有着重要的应用前景。为了充分利用薄膜的各类褶皱形态,首先需要对褶皱的尺寸和方向进行精确调控。目前国内外研究人员对机械应变调控表面褶皱进行了系统性的研究,然而对于通过改变基底性质来调控褶皱形貌的研究仍有待深入。在本论文中,作者系统研究了基底性质、薄膜厚度以及机械应变对褶皱形貌的调控,并初步探索了褶皱表面的压力传感效应。主要工作如下:1、将低硬度的介电凝胶(Sylgard 527)与高硬度的弹性体(Sylgard 184PDMS)按不同体积比混合,制备具有不同弹性模量的柔性基底,并采用磁控溅射的方法在柔性基底上沉积金属钼薄膜,研究了基底性质与褶皱形貌之间的定量关系。结果表明:薄膜表面可观察到两套具有不同特征的褶皱形态,与基底模量密切相关。第一套褶皱出现在较软的基底上,是由于溅射过程中软基底表面失稳形成的,其波长与薄膜厚度无关;第二套褶皱出现在较硬的基底上,是溅射完成后由于热应力导致的,其波长随膜厚的增加而线性增加,与连续弹性理论预言的规律一致。2、通过对液体PDMS施加梯度的温度场进行固化,制备了具有弹性梯度的PDMS基底,并采用磁控溅射方法在梯度基底上沉积金属镍薄膜,进一步研究了基底性质对薄膜表面形貌的影响。实验发现:当溅射时间较短时,在软基底表面形成网格状的折叠形貌,而在硬基底薄膜表面产生均匀的褶皱形貌。当溅射时间较长时,折叠形貌完全消失,样品表面形成了两套不同的褶皱形貌。在软基底到硬基底的过渡区域,两套褶皱会同时存在并形成嵌套褶皱结构。3、在预拉伸的弹性PDMS基底上沉积不同厚度的金属银薄膜,研究了薄膜表面形貌在机械应变作用下的演化规律。实验发现:同一薄膜厚度下,褶皱波长随着应变的增加逐渐减小;同一应变下,褶皱波长随着薄膜厚度的增加而线性增加,与理论预言一致。并且采用预应变方法制备的褶皱表面制备了薄膜电阻式压力传感器,并对传感器的性能进行了测试和分析。