金属材料的变形机制直接决定着材料的强度、硬度、塑性变形能力等力学性能。研究金属纳米材料的力学行为，应力应变状态下的微观组织结构演变，不仅可以加深对小尺度材料变形机制的认识，为制备高强度材料提供理论支持，还可以对小型化器件中纳米尺度构件的稳定性要求提供理论指导。本论文利用透射电镜双倾拉伸实验技术，以Au纳米晶和Au单晶纳米线为研究对象，系统研究了金属纳米材料在外加力场作用下的微观组织结构演变以及变形行为。具体内容如下：Au纳米晶：(1)原位观察了Au纳米晶薄膜的拉伸过程，发现对于晶粒尺寸d<~15nm的晶粒，在应力场的作用下，会发生晶粒长大，晶界滑移、迁移，晶粒旋转等行为。(2)发现由纳米晶组成的多晶纳米线在室温下具有~48%的大塑性变形能力。这种大塑性变形能力由晶界滑移和晶界迁移等晶界塑性行为相互协调实现。在变形过程中，通过晶界原子扩散导致的晶界迁移来协调晶界滑移，避免空洞的产生和裂纹的产生，避免了多晶Au纳米线过早断裂。单晶Au纳米线：(1)对于直径为~60nm的单晶Au纳米线，发现在单轴拉伸作用下，具有~249%的超塑性变形能力。观察发现位错类型表现出显著的尺寸效应，即随着尺寸的减小，塑性变形会由全位错主导转变为偏位错主导。(2)对于直径为~30nm的单晶Au纳米线，实验观察表明纳米线的塑性变形主要由偏位错响应，偏位错和扩展位错在多个滑移系上形核、滑移、湮灭为变形的主要方式。(3)对变形行为的动态观察表明位错密度具有应变速率敏感性。应变速率较高时，单晶Au纳米线内部位错密度高。当应变速度低时，内部位错密度较低。(4)原子尺度的观察表明偏位错的发射在小尺寸的单晶Au纳米线(~20nm)的变形过程中产生了孪晶。偏位错的发射，沿着孪晶界面滑移会导致孪晶界面上留下台阶，也会引起孪晶端部的迁移。(5)通过对不同长径比的单晶Au纳米线塑性变形能力的观察和研究，发现单晶Au纳米线塑性变形能力也具有一定的尺寸效应。长径比越小，塑性变形能力越大。长径比越大，塑性变形能力越小。