纳米材料由于其特殊的显微组织和电子结构等因素所引起的尺寸效应，使其具有传统材料不具备的特殊特殊特性能,因此，纳米材料作为一种高性能的新型材料在各个领域展现出广阔的应用前景。 首先，本文在“界面膨胀”模型的基础上，嵌入了晶界区域原子排列密度的假设，引用普适状念方程和德拜特征函数，推导出了表征纳米晶界性质的热力学状态函数和物理性能参数的表达式。 其次，利用热力学模型研究了纳米尺度下德拜特征温度和晶格畸变的尺寸效应，模拟预测了金属钴和金属钐纳米晶受温度和尺寸影响的热稳定性，及纳米晶的相转变温度随晶粒尺寸的变化。 再次，对惰性气体保护下通过放电等离子烧结(SPS)制备出的超细金属纳米晶进行了系列测试，并与模拟预测结果进行了比较分析。常温下的XRD测试验证了纳米晶的晶格畸变，双温XRD测试验证了纳米晶的德拜特征温度大幅度降低；电阻测试验证了纳米晶的电阻率增大；DSC测试和相含量测定验证了纳米晶高温相在低温范围的稳定性。通过变温晶粒长大的实验研究，发现金属纳米晶在较低温区内晶粒长大非常缓慢、而在中温区内纳米晶突发快速晶粒长大，这一结果与理论预测符合良好。通过等温晶粒长大实验研究，得出纳米晶晶粒长大速率随时间逐渐减小，此规律不同于传统粗晶块体材料，由此分析了纳米晶粒长大动力学特征的热力学因素。 本文所建立的金属单相纳米晶热力学函数模型，可以定量预测单相纳米晶材料的基本热力学特性和物理性能，以及纳米晶的晶格畸变和德拜特征温度等参数的纳米尺寸效应。在此基础上可以预测纳米晶的相稳定性和热稳定性与晶粒尺寸之间的定量关系和纳米晶热稳定性。通过研究纳米晶材料的热力学特性，预测纳米材料的相变特性和热稳定性，对于改善纳米材料结构和性能、开发新型结构和功能纳米材料具有相当重要的意义。依据纳米晶材料的热力学分析和预测，可指导确定对纳米材料的热处理工艺，从而有效地控制纳米晶粒长大，这在纳米科学与技术上具有非常重要的科学意义和应用价值。