熔化是从固态(刚性和拓扑长程有序)到液态(流体和拓扑长程无序)的相变过程,它是自然界中的常见现象。作为材料加工和应用中最重要的相变之一,对固体熔化的研究可以追溯到上世纪初,但是熔化机制仍不清楚,这依然是凝聚态物理学中一个突出的问题。由于金属的表面熔化是固体熔化中很重要的一部分,故其熔化行为的详细表征有助于完善固体熔化机理。而在所有研究固体熔化行为的技术手段中,原位透射电子显微分析能实时采集到原子尺度上的演变过程,因此它为最直接、最有力的技术手段之一。在所有金属中,铜(Cu)是人类最早使用的金属之一。随着近代纳米科技的兴起,纳米Cu材料在微电路、高精密仪器仪表、电催化、光催化以及高温催化领域得到了广泛的应用。本论文以金属Cu为研究对象,在原子尺度理解金属的表面熔化机制,能进一步拓展纳米金属材料的应用范围。本文通过反复调控实验参数,成功合成了Cu纳米颗粒、具有二级孔结构的纳米多孔Cu、准二维片状纳米多孔Cu。其中,二级孔纳米多孔Cu由介孔和大孔构成,介孔能在化学反应中为的客体小分子提供形状和尺寸选择性,大孔有利于客体分子向催化剂的活性位点扩散。首次实现了准二维片状纳米多孔Cu的去合金化制备,也为开发具有优异性能的准二维纳米多孔金属材料提供了技术思路,同时证明了将三维双连续纳米多孔金属降维化的可行性。本文利用原位加热电子显微镜分别对Cu纳米颗粒和纳米多孔Cu在原子尺度下进行原位加热研究,详细的表征了他们的动态表面熔化过程。结果表明:(1)Cu(200)面具有逐多层表面熔化的现象:(200)面一端棱角处预熔形核→熔化核达到临界尺寸(约14层(200)面厚度)→向(200)面另一端崩塌式扩展熔化,这种表面熔化过程反复发生。(2)Cu纳米颗粒的表面熔化厚度呈指数形式增长。(3)由于负曲率的影响,纳米多孔Cu相对于同样尺寸的Cu纳米颗粒具有更高的表面熔化温度。