随着纳米科技的迅速发展（如纳米器件、纳米传感器、微/纳机电系统、微流控装置、芯片实验室等），对材料的电性能及机械性能在高空间分辨率下的测量和研究变得日益重要。而且随着尺度的减小，体系中电场强度急剧增加，强电场对体系结构和性能的影响不容忽视。强电场不仅可以促进表面的润湿过程（电润湿现象），还能够影响材料的力学性能。因此，发展更为精确的测量方法，研究材料在强电场下的微纳尺度特殊现象尤为关键。扫描探针显微技术(SPM)通过获得高分辨率的图像和局域物理化学性质来研究各种纳米尺度性质和现象。由于针尖与样品之间的距离为纳米级，所以几伏电压就可以产生109 V/m的强电场，为研究强电场下的纳米尺度电学、力学性质提供了强有力的研究工具。基于SPM技术，本论文发展了在纳米尺度下各种电学及力学性质的定量化测量方法，研究了电介质材料在高电场强度下的电学和力学性能。论文的主要内容概括如下:　　首先，本论文利用原子力显微镜(AFM)研究了在强电场强度下的纳米尺度的电润湿(EW)现象，揭示了这一现象的内在机制。在纳米尺度下，摩擦行为受毛细现象影响极大。本论文利用摩擦力显微镜(LFM)观察外电场对针尖与样品接触机制的影响。这一影响很可能与电润湿的饱和作用有关。同时，通过分析针尖与电介质的粘附力，研究了表面结构对电润湿现象的影响。表面结构影响了电润湿的击穿转变，而且饱和效应由膜的介电性质，特别是介质击穿决定。测量得到的结果同时受到针尖与表面静电作用的影响。　　其次，本论文提出一系列利用AFM力谱技术定量化测量电介质材料的纳米尺度电学参量的方法。本论文提出了一个针尖与样品相互作用力的解析式，式中包含样品表面的静电荷、介电常数、针尖-基底电容等参数。该解析式中的系数是针尖电压的函数，可以通过实验测量计算。该解析式与电介质极化率相关，提出了一种比较方法，通过测量相对介电常数来定量测量较厚电介质薄膜的介电常数，该方法经过多种材料验证，均与文献报道吻合。本论文基于此解析式还提出了一种研究电介质表面局域电荷衰减的方法。该解析式与针尖下的表面局域静电荷有关，利用标准化方法可以很容易地得到静电荷衰减过程的时间延迟。另外，由于该解析式与针尖-基底电容直接相关，也可以用来研究针尖-基底特征电容的尺度效应。计算结果表明，针尖-样品距离小于200 nm时，针尖-基底的电容特性介于球体-平板与椎体-平板模型之间，平行板电容器近似法并不适用。以上方法不受针尖形貌的影响，省去了对原子力针尖各种非常规形状的复杂模拟过程，对于针尖-基底电容这一重要物理参数的普适性测量提供了方法和技术。　　最后，利用纳米压痕技术及LFM，研究了外加电场对二氧化硅膜局部机械性能的影响。在纳米尺度下观察到外加电场的增加使相对弹性模量剧增（二氧化硅原本弹性模量的三倍）。同时，观察到了外加电场可导致摩擦系数的降低。可能的原因是，随着材料弹性模量的迅速提高，测量摩擦力时针尖与样品接触产生的压痕形变减小，进而降低了摩擦系数。