纳米晶金属和陶瓷,由于其优异的机械和物理性能,在众多领域有着十分重要的应用前景或得到了一定程度的应用。然而,由于其高体积分数晶界的存在,该材料具有糟糕的热稳定性,易于自发长大从而损害原有的纳米特性。抑制纳米晶材料的晶粒长大、提高其热稳定性一直是领域内研究者们不懈追求的目标之一。溶质添加/掺杂已被证实可以有效地稳定纳米晶材料的微观结构,抑制其晶粒粗化,可归因于其在晶界处的偏析。尽管如此,其作用机理至今仍未得以完全阐明,有待于进一步的深入探讨。本文针对纳米晶合金和陶瓷的晶粒长大及热稳定性,进行了系统的理论研究。首先,对纳米晶合金,建立了过剩体积影响下的溶质晶界偏析和热稳定性模型。随后,通过耦合溶质晶界偏析的热力学和动力学稳定化效应,推导出纳米晶合金晶粒长大的热-动力学模型。对于纳米晶陶瓷,考虑晶界和自由表面共存的情形,建立了掺杂阳离子在晶界、自由表面同时发生偏析的模型,进而提出一种用于获取晶界和表面偏析焓的方法。在此基础上,通过耦合晶界、表面共偏析的热力学和动力学稳定化效应,给出了掺杂偏析作用下的晶粒长大和致密化模型。主要结论如下:（1）在假定晶界为膨胀晶格的基础上,通过将嵌入式原子势函数应用于标准热力学关系并结合Hillert平行切线法则,建立了过剩体积作用下的晶界偏析模型并给出了相应的晶界能表达式,结果表明晶界溶质富集比随晶界过剩体积的增加而增大,且随温度/晶内溶质含量提高而降低,可以很好地描述Cu-Ag及W-Nb合金的晶界偏析行为。考虑到晶粒长大过程中晶界过剩体积以空位形式释放并扩散至相邻晶格,在统计热力学的基础上,推导出过剩空位作用下的二元置换纳米晶合金的吉布斯自由能表达式,进一步基于亚稳平衡态对应体系吉布斯自由能极小值这一理论依据,确定了给定成分和退火温度下的亚稳平衡晶粒尺寸;计算结果表明,尽管与溶质晶界偏析相比,过剩空位的效应较为微弱,但仍旧一定程度上起到了阻碍纳米晶晶粒长大、提高其热稳定性的作用。（2）在热力学极值原理的框架内,结合正规溶体近似与稳态扩散假设,建立了二元置换合金的晶粒长大动力学模型,进而给出了相互自洽的晶界能和晶界移动性表达式,在此基础上基于归一化晶界能和归一化晶界移动性的比较,提出了评定（溶质晶界偏析导致的）热力学和动力学稳定化效应相对贡献大小的判据;现有模型可以很好地描述Fe-P合金晶界能、纳米晶Ni-P合金的热稳定性以及纳米晶Fe-Zr合金退火过程中的晶粒尺寸演化。（3）基于平衡溶质分布对应体系吉布斯自由能极小值这一理论依据,推导出晶界和自由表面的共偏析模型,进一步通过耦合偏析作用下的界面能表达式与共偏析模型及实验上测得的晶界能和表面能,提出了一种用于评定晶界和表面偏析焓的方法;应用该方法,获得了La³⁺在YSZ（氧化钇稳定氧化锆）晶界和表面的偏析焓,在此基础上,计算了纳米晶La₂O₃掺杂YSZ烧结末期的能量演化,证实其与微观组织的变化一致,归因于La³⁺在晶界和自由表面的共偏析所导致的界面能降低。（4）通过将偏析影响下的晶界能和晶界移动性（承受本征拖拽和孔隙拖拽）整合入曲率驱动的晶粒长大方程中,在结合致密化方程的基础上,给出了掺杂纳米晶陶瓷晶粒长大的动力学模型;现有模型可以很好地描述纳米晶La₂O₃掺杂YSZ的晶粒长大过程,其较之于未掺杂情形下的阻碍可归结于热力学上降低的晶界能和动力学上降低的晶界移动性共同作用的结果。（5）基于热力学极值原理,结合偏析影响下的界面能和界面移动性/扩散系数,推导出了掺杂陶瓷烧结末期的晶粒长大和致密化模型;不同于先前的观点,即晶界能（表面能）是晶粒长大（致密化）的唯一驱动力,在考虑了晶粒长大和致密化交互作用的基础上,现有模型表明表面能提升了晶粒长大驱动力而晶界能降低了致密化驱动力;模型计算发现,晶界或表面偏析焓（绝对值）越大、掺杂阳离子晶界扩散系数越小,则烧结行为的促进越明显,这在Y₂O₃和La₂O₃分别掺杂Al₂O₃烧结的实验结果中得到了证实,归因于更大的掺杂阳离子所导致的增强的热-动力学稳定化效应。