本文提出利用晶体(原子或分子)的规则排列结构做光栅的纳米云纹法。用晶体材料作试件,利用高空间分辨电子显微技术(HREM)记录晶格的变化,把它作为试件光栅,与一标准参考栅叠合形成云纹条纹。经光学滤波后,可以得到高质量的云纹图。根据云纹图可以观察纳观力学现象,如位错、层错、原子键裂,也可以在纳观尺度下定量测试位移、应变、晶体滑移等力学参数。该方法对应的测试灵敏度目前可达到0.1nm,还具有很高的条纹空间分辨率,可以在很高的应变梯度下测试几个纳米范围内的变形规律,具有定量、直观、相对大视场、高灵敏等优点,为纳观力学研究提供了新的实验手段。在典型试验中,用Au单晶作试件得到了高质量的云纹图,观察到了Au单晶中的位错、层错、键裂等现象,测试了非晶态夹杂周围的变形场,实验证明了它的可行性。基于纳米云纹法这一新技术,本文做了以下工作:①研究了Si单晶中裂尖在纳观尺度下的力学行为,在裂尖前方的滑移带上首次观察到了著名的Peierls型位错的存在,并得到了微裂纹裂尖的纳观应变场,证实在裂尖前方10个纳米之外,应变分布与线弹性断裂力学预测相吻合。裂尖的微观破坏过程可概括为:发射少量位错后裂纹发生解理破坏,并以阶梯方式向前扩展。②深入到位错结构内部及其周围邻近地区,研究Si和Au单晶中单个位错周围的位移场,将它与Peierls-Nabarro模型进行了比较。实验结果发现,一些位错与Peierls-Nabarro模型吻合较好,而另一些位错引起的晶格变形远比Peieris-Nabarro模型预测的要广泛,但应变集中程度没有理论预测那么剧烈。在同一种材料中不同位错的宽度可能不同。③在纳观尺度下研究了GaAs/Si界面附近的位错分布规律和变形场,在界面附近观察到了一些零星位错,它们是由制造过程中的温度效应造成的,测量了垂直于界面方向的应变规律。同时也证实,纳米云纹法可以被用来测量纳米级界面附近的变形场,为界面力学的研究提供一种实验手段。最后,用云纹干涉法研究了叠层复合材料层缩区的破坏机理,发现了层缩区的三种破坏模式。