纳米材料的力学行为研究是一个很活跃的领域，随着各种纳米材料的不断获得，人们对这些纳米材料的力学性质产生了浓厚的兴趣。本论文基于原子力显微镜，结合微纳加工，对低维纳米材料的力学行为展开研究，从以下两条主线索进行了探索：第一是从尺度效应来展开，首先研究大尺度纳米材料的弹性模量，从材料结晶性角度出发解释观察到的力学现象，然后考察当尺度进一步缩小时，从纳米材料的表面效应角度分析观察到的力学行为，最后从断裂应力应变曲线和断口分析方面对材料的断裂现象进行了简单理解。第二是从理论到应用思路展开，首先从理论上研究纳米材料弹性模量、断裂强度等力学现象，进而在基于原子力显微镜的纳米力学基础上，设计和测量纳米器件。论文的主要研究结果如下： 1、提出一种简单易行的悬臂梁弹性常数测定方法：结合SEM和AFM，对弹性常数从1.03nN/nm到32.62nN/nm变化的各种类型针尖测定，发现基于 Cleverland的校准理论测定的不同悬臂梁的弹性常数更精确。 2、利用原子力显微镜结合微纳加工手段，从连续介质力学出发，测量了单晶氮化硅纳米带的弹性模量，其大小约为500～600GPa，比普通烧结和热压陶瓷材料以及薄膜材料的弹性模量大，可能是由于纳米氮化硅带的良好单晶性，使其弹性模量明显增加。 3、利用原子力显微镜结合微纳加工手段系统研究了一系列(直径在20～140nm之间) Ag纳米线弹性模量对纳米线直径的依赖关系，发现Ag纳米线的弹性模量随直径的减小而增加，数值在70～160 GPa之间。当Ag纳米线的直径小于100nm，弹性模量显著增大；直径大于100nm的纳米线，其弹性模量与体材料的弹性模量相当。我们利用表面效应来解释观察到的实验结果，即随着Ag纳米线直径的减小，表面效应(包括表面粗糙度、表面非晶层等)逐渐占主导地位。利用理论方法对实验数据进行了拟合，得到了表观弹性模量 E 与直径之间的关系，理论拟合与实验结果吻合得很好。拟合所得到的 Ag 纳米线的弹性模量E<,b>=56GPa，表面模量S=8.7N/m和初始表面张力值τ<,0>=5.8N/m，与纯Ag材料的相应值(1～10N/m)处于同一数量级。 4、利用原子力显微镜结合微纳加工手段系统研究了ZnO和P<,b>T<,i>O<,3>两种不同纳米线的断裂行为。ZnO纳米线完全表现出脆性断裂，在断裂前没有观察到任何塑性形变。它的弹性模量大约为83～175GPa，其断裂强度在3.5～8.3GPa之间。实验获得的断裂强度数值与理论断裂强度的比值约为1/2。ZnO纳米线表现出的较低的断裂强度可能是由于其中存在一定的结构缺陷、表面裂纹及颈缩结构等所致。实验测得不同直径P<,b>T<,i>O<,3>纳米线(直径80～230nm)的弹性模量为140GPa～260GPa，实验数据显示弹性模量没有明显的尺寸依赖关系，原因可能是在这样的尺度下，弹性模量等力学性能取决于材料个体在结晶性上的差异。从大量P<,b>T<,i>O<,3>纳米线断裂时断口分析，P<,b>T<,i>O<,3>纳米线断裂是典型的脆性断裂，说明该尺寸下的P<,b>T<,i>O<,3>纳米材料同宏观块体材料的断裂行为类似。通过对这两种纳米线力学性能的研究，我们认识到，纳米线材料中缺陷密度、裂纹、气孔、夹杂等的降低或者不存在是其力学性能提高的主要原因。 5、搭建原位机电性质测量平台，对ZnO纳米材料在机械形变和断裂过程中的电学输运性质进行了研究。发现ZnO纳米线导电性发生变化主要由两部分组成：第一是压电效应。弯曲形变下的ZnO纳米线产生了电子耗尽层和电子扑获区，从而降低载流子浓度和迁移率，导致电导随形变量增加而下降。第二是压阻效应。形变使得晶体的能带结构改变，电子占据态也相应变化，电子的重新分布导致电导率改变。ZnO纳米线的电导变大是上述两种效应总的效果体现，从实验结果来看，压阻效应比压电效应更剧烈。另外，对ZnO纳米线力电耦合实验不仅提出了一个纳米力传感器的设计原型，而且通过检测微弱电流信号，引入时间物理参量，研究纳米材料的与时间相关联的力学行为，为动态纳米力学研究提供了实验观测手段。