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纳米尺度一般指1-100纳米之间。纳米尺度下的物体表现出许多既不同于宏观物体也不同于单个原子、分子的奇异特性，如表面效应、界面效应等；之所以称为“奇异”，是因为纳米尺度下的这些物理特性无法用宏观理论解释，或者说宏观理论不能适用于纳米尺度；因此，要想深入理解进而合理利用纳米尺度下的物理特性，研究相关的基础理论是很必要的。
纳米尺度下的界面学研究是纳米科学的一个重要分支，其中固-液界面气体形态的研究是解释疏水长程引力、胶体体系稳定性、流体边界滑移等问题的重要基础，目前还没有给出统一的理论诠释；利用扫描探针显微镜实施的各类纳米操纵过程主要基于纳米尺度物体之间或者界面上的相互作用，目前对这种相互作用机制的肤浅理解已经显著制约了纳米操纵技术的进一步发展；两者都是当前纳米尺度下界面物理研究的前沿问题，具有重要的研究价值。
本文受启发于de Gennes等人研究气-液-固界而问题的思想，基于界面热力学理论，建立了一种研究纳米尺度下固-液界面气体形态的理论模型，该模型从体系自由能出发，以气体为介质，重点考虑了固-气界面、液-气界面的表面张力、固-液界面的范德华相互作用，以及由于受液体和固体的各种作用力而导致的气体密度梯度分布对气体形态的影响等因素，通过分析Hamaker常数和气体铺展系数的符号来判断气体的可能形态；研究表明固-液界面气体可以三种可能的形态存在，即纳米气泡、气层以及纳米气泡在气层上；该研究首次为此争议性问题给出了较统一的理论诠释，并与实验报道的结果相吻合。本文进而研究证明了纳米气泡的接触角与宏观接触角的差异来自于固-气-液三相接触线的线张力和气体体积的复合作用。接下来，本文研究了纳米颗粒之间的相互作用理论，主要解析了不同针尖形状的纳米颗粒与球形纳米颗粒之间的毛细相互作用以及球形纳米颗粒与衬底之间的毛细相互作用；研究表明纳米颗粒之间的毛细相互作用可以使得一个针尖形状的纳米颗粒“拾取”和“放下”另外一个纳米颗粒；而且当针尖颗粒越亲水，衬底越疏水，针尖上外力越小，针尖速度越小，则球形颗粒就越容易被从衬底上“拾取”；反之，则球形颗粒越容易被从针尖上放置到衬底上。本文进而研究了纳米尺度热扰动对纳米颗粒“拾取”几率的影响，表明当热扰动增强，“拾取”几率也随之增大；在300K温度下理论估算出的“拾取”几率约为20％，而实验中30％的“拾取”几率对本文的理论研究结果给予了较好的验证。