本论文以几种纳米晶金属材料和相应的粗晶金属材料为研究对象,运用差热扫描量热仪(DSC)和综合物性测量系统(PPMS)对纳米晶普通工业纯铁、纯铜、纯铝和304不锈钢以及相应的普通工业纯铁、纯铜和纯铝及304不锈钢做了热力学性质研究。其中包括热稳定性及低温区和中温区比热。得到的结果与德拜模型和晶格振动理论基本相符。本文首先简要介绍了纳米材料的一些基本概念和当前有关纳米材料结构和热力学性能的研究进展及本论文用到的理论和方法,包括德拜理论、晶格振动理论、晶格动力学等。然后说明了运用这些方法和理论解释一些相关实验现象。利用差热扫描量热仪和综合物性测量系统研究了纳米晶工业纯铁的热稳定性和比热。发现在300℃～900℃纳米晶工业纯铁保持了较好的稳定性,这主要是由于界面能降低和界面两侧相邻晶粒之间的差别较小抑制了晶界的迁移和晶粒的长大。纳米晶材料晶界结构无序,相对于粗晶内部原子晶界原子表现出了一定的过剩体积,纳米晶体中界面的非简谐效应较粗晶材料强,并且德拜温度比粗晶低并随着晶粒的尺寸减小而降低,这决定了纳米材料的比热高于相应的粗晶材料。纳米晶铜在300℃～900℃范围内保持了较好的热稳定性,其比热大于粗晶铜的比热。主要由于纳米晶铜内部结构中存在着一种低能激发态,它与结构无序性紧密相连,且在很低的温度下就可以被激发,使得纳米晶铜的比热容出现了附加项。纳米晶铝和普通纯铝的热稳定性基本没有差别,而比热存在不。纳米晶纯铝内部基本上没有位错或者缺陷,这与普通纯铝展现的行为相近,晶界的位错也很低。所以纳米晶纯铝的性质与普通纯铝的性质相差很小。运用德拜理论和晶格动力学理论并结合纳米材料的特殊结构解释了纳米晶铝的结构特殊性,引入了由振动声子谱引起的温度的平方项,从而对其比热的特殊性做出了的解释。本实验除了研究了三组纯金属热力学性质外,同时研究了304不锈钢,并对其比热和热稳定性的实验结果做了定性的解释。