核反应堆材料在服役过程中,要经受高通量的质子、中子以及逃逸粒子的轰击,产生高浓度的点缺陷（间隙原子和空位）。这些点缺陷聚集演化形成缺陷团簇,引发材料性能的恶化,如肿胀、硬化、脆化和非晶化等,并最终导致材料的失效。在核反应堆中,材料的性能决定了反应堆的性能、使用寿命以及安全运行。因此,研发具有优良抗辐照性能的新型材料是实现未来先进核能系统安全、高效运行的重要基础。纳米结构材料,如纳米晶、纳米多层膜等,其含有的丰富界面结构能够有效的吸收捕获和湮灭界面附近的缺陷,提升材料的抗辐照性能。然而,大量辐照研究结果表明,在高剂量的辐照条件下,缺陷在界面处的聚集容易导致界面处的空洞肿胀和脆化,这也给纳米结构材料的设计带来了新的挑战。如果能够在材料内部分散存储辐照产生的缺陷或引入的惰性气体原子,又或者能够及时地湮灭辐照产生的缺陷并释放辐照引入的惰性气体原子,都能更有效地抑制材料的辐照肿胀和脆化。因此,研发新的具有高抗辐照性能的纳米结构材料是当前材料研究的一项重点任务。在薄膜生长过程中,通常要避免引入缺陷,以保证材料的性能。但是,在薄膜的沉积过程中有意的引入特定的缺陷,却能起到调控薄膜形貌和性能的作用。在本论文中,我们特意设计和制备了两种不同的纳米结构薄膜:一种为含纳米空洞YSZ/Al2O3多层膜,另一种为纳米孔道Al0.1Co Cr Fe Ni高熵合金薄膜。分别研究了两种薄膜的离子辐照损伤行为,以及薄膜力学性能的改变,具体展开的工作包括以下两个方面:1)通过不断优化磁控溅射沉积参数,成功的制备了两种不同周期厚度的含纳米空洞YSZ/Al2O3多层膜,且纳米空洞都只分布在Al2O3层中。利用高剂量氦离子辐照实验研究含纳米空洞YSZ/Al2O3多层膜中氦泡的形成和演化过程。通过透射电子显微镜分别对不同剂量的氦辐照后多层膜中氦泡的分布和演化进行分析,发现纳米空洞能够捕获并存储辐照引入的氦原子,有效的调控薄膜中氦的沉积:氦泡优先在含纳米空洞的Al2O3层中形核生长,且多层膜的界面能够吸收和捕获YSZ层中的氦,并将界面处的氦原子释放并存储在Al2O3层中;周期厚度小的样品对氦的沉积能力最强,因多层膜的界面可以抑制大尺寸的氦泡的形成,缓解辐照肿胀和硬化,从而提高含纳米空洞YSZ/Al2O3多层膜的抗辐照性能。分析认为:纳米空洞具有比界面更低的缺陷形成能,可以利用界面的“加-卸载”机制,通过纳米空洞与界面相互作用后,有效的调控了材料中缺陷的分布。纳米压痕实验结果表明,通过调控材料中氦泡的形成和分布,导致了辐照软化现象,还有效的提升辐照后含纳米空洞YSZ/Al2O3多层膜的抗磨性能。结果表明含纳米空洞Al2O3/YSZ多层膜在锆合金表面涂层和核废料固化方面的应用潜力巨大。2)验证了磁控沉积条件（工作气压、温度等）对薄膜形貌的影响,成功的制备了不同微观形貌的纳米孔道Al0.1Co Cr Fe Ni高熵合金薄膜和密实Al0.1Co Cr Fe Ni高熵合金薄膜。利用高能氪离子辐照（dpa最大值为22.5）和高剂量氦离子辐照实验（氦峰值浓度为41.2 at.%）,研究了纳米孔道结构对高熵合金的抗辐照损伤能力及对氦的沉积能力的提升。透射电子显微镜分别观察了辐照前后薄膜中氪泡和氦泡的分布情况,发现纳米孔道高熵合金薄膜中的辐照损伤比密实高熵合金薄膜中的低,同时滞留的氦浓度也比密实高熵合金薄膜中的低。实验结果说明薄膜中的纳米孔道结构能够有效的湮灭辐照产生的缺陷,同时还能将入射的氦原子从薄膜中释放出来,极大地延缓了大的氦泡的形成。纳米压痕实验结果发现,氦离子注入在纳米孔道高熵合金薄膜中形成的纳米尺度氦泡增强了薄膜的应变速率敏感性,提升了薄膜的塑性变形能力,而密实高熵合金薄膜中形成的纳米尺度氦泡导致薄膜变脆。这是因为:辐照形成的间隙原子团簇和氦泡都会导致材料的硬化和脆化,但氦泡不仅是位错的可剪切障碍物,还是纳米结构材料内部活跃的位错源,能有效减缓位错运动,促进位错均匀形核,有利于位错存储,进而使纳米结构材料产生更加均匀和稳定的塑性变形。纳米孔道高熵合金薄膜中的纳米孔道结构能够有效降低薄膜中间隙原子团簇的累积,突出了氦泡在薄膜塑性变形过程中的作用,成功地提升了薄膜抵抗塑性变形的能力。