经济和社会的高速发展对金属结构材料的综合性能提出了更加严苛的要求,例如高强度、高塑性、高热稳定性和优异的抗辐照损伤性能。纳米结构材料是应对这些挑战的重要候选材料。然而,由于界面对位错滑移的限制以及自身热稳定性的不足,纳米结构材料的塑性和稳定性差;与此同时,纳米结构材料中界面占比较高,对性能的调控作用显著。因此,界面结构设计是纳米结构材料性能优化的重要途径。本文以Cu-Nb金属纳米层状材料为研究模型,在原子尺度和纳米尺度设计并制备相应界面结构;系统地研究了界面结构与性能的关系,为研发先进金属结构材料提供新思路。在物理气相沉积法制备的Cu-Nb纳米层状材料中,通过在界面上沉积名义厚度为0 nm、0.5 nm、2 nm、5 nm以及8 nm的非晶层,制备了具有不同有限厚度的界面。其中,当界面非晶层厚为0nm时,界面两侧原子有序排列,整个界面区域为晶体界面。当界面非晶层厚为0.5 nm时,界面上Cu原子和Nb原子具有相对无序排列的结构特性,但不及非晶无序,整个界面为临界非晶界面。当界面非晶层厚为2 nm、5 nm以及8 nm时,界面上Cu原子和Nb原子形成了明显的非晶层,整个界面为非晶界面。这些不同结构的界面能够调控Cu-Nb纳米层状材料的力学性能、抗辐照损伤性能以及热稳定性。相对于晶体界面和非晶界面,临界非晶界面能够使Cu-Nb纳米层状材料具有优异的综合性能。相应的结论如下。在力学性能方面,相对于晶体界面,临界非晶界面能够明显地强化Cu-Nb纳米层状材料。临界非晶界面能够通过离散滑移位错柏氏矢量的面外分量和面内分量来限制滑移位错的运动,从而使材料发生明显的硬化。此外,临界非晶界面相对晶体界面具有高的界面剪切强度,在层状材料的变形过程中能够抑制剪切带的形成。而非晶界面仅能通过对滑移位错产生镜像力来阻碍位错的运动,从而有限地强化Cu-Nb纳米层状材料。一旦滑移位错进入界面,界面上的非晶层能够吸收位错,形成塑性转变区,同时传递塑性。在抗辐照损伤性能方面,相对于晶体界面和非晶界面,临界非晶界面具有一定的自由体积以及良好的稳定性,在整个辐照过程中能够吸收最多的间隙原子与空位。因此,临界非晶界面的Cu-Nb纳米层状材料的抗辐照损伤性能最佳,具体表现为最低的He泡（空洞）尺寸以及体积分数。辐照能够诱导非晶层晶化,使得临界非晶界面和层厚2 nm的界面非晶层转变为晶体界面,并使层厚8 nm的界面非晶层转变为Cu和Nb晶体混合层。此外,在辐照过程中,临界非晶界面转变为晶体界面引起的软化与He泡生成引起的硬化相当,因此临界非晶界面能够有效地抵抗辐照引起的硬度变化。在热稳定性方面,随着界面非晶层厚的增加,整个Cu-Nb纳米层状材料的能量升高,相应的热稳定性下降。其中,晶体界面是低能界面,具有最佳的热稳定性,使Cu-Nb纳米层状材料能够在600℃的退火下保持其微观结构与硬度。此外,临界非晶界面具有良好的热稳定性,其在退火过程中能够转变为晶体界面,从而使Cu-Nb纳米层状材料在500℃的退火下保持层状结构。非晶界面具有最差的热稳定性,其在退火过程中的晶化能够促进层内晶粒的球化与长大,从而使Cu-Nb纳米层状材料在600℃的退火下演变为等轴多晶结构,硬度也显著下降。在叠加轧制法制备的Cu-Nb纳米层状材料中,通过制备工艺设计了原子尺度锯齿状界面。通过研究界面结构对Cu-Nb纳米层状材料热稳定性的调控作用,可以得出以下结论:当退火温度区间为500℃到700℃时,界面的形态为平面状。随着退火温度的增加,Cu-Nb纳米层状材料的强度与塑性均降低。当退火温度区间为700℃到1000℃时,界面的形态为波浪状。随着退火温度的增加,Cu-Nb 纳米层状材料的强度降低,塑性增加。相对于平面状界面,波浪状界面因具有大量起伏的小面能够更好地阻碍位错运动,从而增强Cu-Nb纳米层状材料的强度尺寸效应。