空位是固体中最简单和常见的一种缺陷，然而固体的许多物理和机械性质与空位的存在关系极大。详细地研究空位的形成和性质对理解材料的微观和宏观性能都有重要作用。空位对于材料相变，晶体生长，原子扩散等结构演变过程产生重要影响，并对材料的物理、力学性能产生重要影响。然而，到目前为止，空位的测量与表征十分困难。到目前为止，还没有一个有效实用的表征晶格中空位的实验方法，用正电子湮没和穆斯堡尔方法，仅能测量空位密度。用原子力学显微镜可以观察空位，但是仅能分析样品表面层的空位形态。如何直接捕捉晶体内部的空位并直接观察其形态特点一直很困难。因此对空位进行表征，直接捕捉晶体内部的空位并直接观察其形态特点日益提到科学研究的进程中来。本文在衍射动力学理论基础上，运用散射矩阵法去分析探讨含空位晶体的衍射强度，利用经推导的含空位晶体的衍射动力学公式，计算了在不同参数情况下，含空位晶体空位在晶体内部某一位置的衍射强度值以及同等参数条件下完整晶体的衍射强度值，将求出的二者之间的比值，转化为衬度，从而模拟出原子-空位的亮度灰度对比图，再结合透射电镜等手段观察分析微观组织结构时的图片，运用Digital Micrograhy软件做出这些图片的高分辨原子显微图像，并与原子-空位灰度图对比分析。通过含空位晶体的衍射动力学理论，结合原子-空位灰度图以及高分辨原子显微图，论文尝试对纳米晶体中的空位进行了间接表征。最后提出了计算空位形成能新方法，在Tiwari和Patil计算空位形成能的模型基础上，对金属表面能的计算方法进行了改进，计算了面心立方，体心立方，密排六方典型金属的空位形成能，并引入能量修正因子，可使理论计算结果与实验值基本一致，本论文提出的这种方法可以比较精确地计算典型结构金属的空位形成能。通过引入形状因子，并考虑晶粒尺寸效应，计算了纳米金属的空位形成能。结果表明，纳米结构金属的空位形成能随着晶粒尺寸的减小而下降；晶粒尺寸不变时，空位形成能随着晶粒形状因子的增大呈线性下降趋势。