本文运用分析型嵌入原子模型,从原子尺度系统研究了纳米晶体Au和Mo以及纳米丝Mo和FeAl在单轴拉伸作用下的一些力学性能和力学行为,如杨氏模量、形变机制、相变、断裂方式等。得到的结果对纳米结构材料在化学生物传感器、光电器件和微型机械等领域的应用具有重要的指导作用。本文首先简要地介绍了研究背景和当前有关纳米晶体材料和一维纳米丝材料力学性能的研究进展及相关的理论与方法,包括分析型嵌入原子模型,分子动力学方法和结构分析技术等。利用准静态拉伸应变方法研究了Au纳米晶体的结构,发现晶界不仅具有比较高的短程有序度,还存在一定程度的长程有序度；其结构基本与平均晶粒尺寸无关。随着平均晶粒尺寸的减小,纳米晶体中晶界所占比例明显增加。Au纳米晶体的变形过程主要由晶界原子间的相对滑动和晶粒旋转完成。利用连续应变方法研究了Mo纳米晶体的基本力学性能、形变机制、相变和断裂。发现杨氏模量随晶粒尺寸增大线性增加,随温度线升高线性降低。屈服强度、抗拉强度和流变应力都随晶粒尺寸的增加而增加,表现出反Hall-Petch关系。抗拉强度和流变应力随温度的升高急剧的减小。Mo纳米晶体在300K时的形变机制既包括晶界原子间的相对滑动和晶粒旋转,还包括位错的运动,晶间的断裂,此外孪晶的形成是其第二形变机制。由于在局部发生应力引起的相变,拉伸过程中在纳米晶Mo中出现了fcc和hcp结构。应变率的增加会延迟fcc结构的形成,使之出现在更大的应变,却增加了fcc结构原子比例的最大值。Mo纳米晶体OK时的断裂是微孔洞形成的纳米裂纹在晶界间扩展造成的脆性断裂,断裂应变随晶粒尺寸的减小而增大；300K时的断裂是孔洞间局域颈缩造成的塑性断裂。采用连续应变方式研究了Mo多晶纳米丝在单轴拉伸作用下的力学特性和相变,并与单晶Mo纳米丝进行了对比。发现多晶Mo纳米丝通过颈缩和形成原子层的链接显示塑性特征,其形变行为和断裂方式类似于单晶纳米丝。并且晶粒尺寸和长径比严重影响纳米丝的形变行为和断裂。当晶粒数一定时,较小粒径或长径比的纳米丝由于原子位置的无序重排呈现超塑性行为；较大粒径和长径比的纳米丝绝大部分晶粒保持了有序结构,断裂应变在39%-76%之间；中等长度粒径(3.90和4.92nm)的纳米丝,应力随应变增加呈现出“之”字形的上升和下降。多晶Mo纳米丝新相形核和断裂都是发生在晶界表明多晶纳米丝的形变主要由晶界效应控制。纳米丝的拉伸强度和断裂应变随应变率的增加而增加,当应变率到达5.0%ps-1,纳米丝呈现出超塑性行为。拉伸过程中的应力也导致了多晶纳米丝中的相变,第一次结构相变为：bcc结构转换为others结构,然后others结构转换为fcc结构或hcp结构；第二次结构相变为：fcc结构转换为others结构,然后others结构转换为bcc结构或hcp结构。类似于多晶纳米丝的断裂和相变也发生在单晶纳米丝中,但单晶纳米丝中相变会贯穿整个纳米丝。与多晶纳米丝不一样,单晶纳米丝的形变主要受表面效应控制。根据径向分布函数和平均原子能量曲线我们得到了单晶纳米丝受应力驱动的能量控制相变机制。采用准静态应变方式研究了FeAl合金纳米丝的单轴拉伸力学特性。模拟结果表明FeAl纳米丝的拉伸形变过程表现为四个典型的特征区域：B2相弹塑性形变阶段,B2相到BCT相的结构转变阶段,BCT相的线性形变和断裂阶段。FeAl纳米丝在高应变率下以塑性方式断裂,在低应变率下以脆性方式断裂,断裂应变随应变率的增大而增大。FeAl纳米丝会随温度的升高发生由脆性断裂向塑性断裂的转变,转变温度在大约1150K,断裂应变低于此温度时随温度升高而减小,高于此温度随温度升高而增加。随温度升高,纳米丝的杨氏模量,临界应力和临界应变逐渐减小。