建立高分子晶体中链构象与其单分子力学性质间的联系,对于指导高分子晶体材料的设计和基于高分子晶体的纳米结构构筑具有十分重要的意义。本文中我们以三种典型的锯齿型构象高分子晶体作为模型体系,结合原子力显微镜(AFM)的成像功能和单分子力谱(SMFS)方法来实现单个分子从其单晶中的熔融解链,并进一步揭示外力诱导熔融过程中高分子链在晶体中的运动模式及影响因素。在本论文的第一章,首先简要回顾了几种高分子晶体模型,介绍了高分子晶体中分子链构象以及研究高分子晶体纳米力学性质的主要方法。随后对原子力显微镜工作原理和基于原子力的单分子力谱技术(SMFS)进行比较系统地阐述。最后,对单分子力谱技术在高分子领域的应用进展按照由简入繁的顺序进行了总结。第二章的主要内容是制备及表征聚酰胺66(PA66)和聚酰胺6(PA6)单晶,并研究了PA66单晶中单分子链在外力诱导下熔融解链的过程及影响因素。通过自晶种方法分别制备了PA66和PA6单晶,AFM成像显示PA66和PA6单晶均为表面平整的长条形片晶。X射线衍射(XRD)结果表明PA66和PA6单晶均为α晶型。在AFM恒力模式和恒速模式下,PA66解折叠曲线分别为锯齿和台阶形状信号。另外,我们还研究了溶剂极性、力加载速率、力加载装置弹性系数以及针尖与晶体间无定形链段长度对熔融力值的影响。结果表明:(1)极性溶剂会影响酰胺键之间的氢键从而降低PA66单链的力学稳定性,且溶剂极性越大,PA66单链的解折叠力值越低;(2)解折叠力值没有明显的速率依赖性;(3)弹性系数较大的力加载装置会增大解折叠力值;(4)较短的无定形链段使得有效弹性系数增大,最终使解折叠力值增加。第三章中,以PA66为模型体系,研究了PA66链段在晶体内部的氢键网络中受力后发生的粘滑(stick-slip)运动,并对其力学本质进行深入分析。具有氢键网络的材料通常具有很好的韧性和强度,而氢键网络中stick-slip运动无处不在。但由于应力累积与释放过程十分复杂,有关stick-slip运动机理的实验研究颇具挑战。PA单晶因为兼具十分明确的晶体结构、化学组成和较强的分子间作用力是非常理想的用于研究stick-slip运动的模型体系。我们的结果表明弹性系数较大的力加载装置会提高断裂力值,断裂后体系应力更容易释放,使得链段滑移后氢键更容易再次形成,观察到小锯齿峰数目随之显著增多;通过改变桥连于针尖于晶体的无定形链段长度可以改变整个体系有效弹性系数,也能达到相同的效果。同时,我们对比了PA66和PA6的stick-slip运动,发现分子链滑移距离依赖于分子链旋转的发生以及氢键网络中重复单元的分子结构。第四章中的研究对象是不具有氢键网络的锯齿型构象高分子晶体——聚乙烯(PE)。通过改变结晶温度,我们制备了四种不同厚度的PE单晶。研究表明,随着聚乙烯单晶厚度增加,熔融解链过程需要破坏的作用位点随之增加,解链力值显著提高。力加载装置或无定形链段的弹性系数增大,都会降低作用位点解离速率,最终使PE的纳米力学强度增强,进而提高解链力值和促进力学稳定性相对较差的中间态形成,体现为力-拉伸曲线上stick-slip运动特征小锯齿增多。在最后一章中,我们将PA66和PE的单分子熔融解链的力学性质进行直观对比,分析两者宏观力学差异的分子机理。结果表明,具有多重氢键的PA66晶体体系的熔融解链力值明显高于PE晶体中的力值;两者力诱导熔融解链过程中都经历stick-slip运动,且当力加载装置弹性系数降低时,stick-slip运动也都受到抑制。以上结果加深了我们对锯齿型构象高分子单晶力学性质本质的理解,为调控类似的高分子材料的力学响应提供了有益的参考。