应力驱动的材料自组装以及失稳形貌在生活中十分常见,研究这些形貌不仅可以解释自然界中丰富形貌的形成机理,在工业界也具有重要的应用价值。一方面我们需要抑制器件在复杂应力环境下的服役过程产生失稳形貌,从而避免它们发生老化失效现象;另一方面随着现代制造业尤其是微纳米加工制造的迅速发展,各类自组装以及失稳形貌为自下而上的微纳制备方法提供了指导。本文主要聚焦各类低维材料自组装以及失稳形貌中的关键性问题,研究了纳米管、单层胶体晶体以及薄膜基底结构在应力驱动下的演化过程及其稳定形貌。本文揭示了溶剂热法合成纳米管过程中由纳米空心球融合为纳米管结构的物理机理。首先我们在实验中得到了溶剂热法中不同反应时间下的产物,发现反应中间产物为无序聚集的纳米空心球。随后通过线性稳定性分析我们得到了纳米管状结构的形貌稳定相图,发现曲率弹性能主导系统总能量时空心球会发生逆向Plateau-Rayleigh失稳,从而融合成管状结构。最后利用相场非线性模拟重现了空心球融合为管状结构以及垂直交叉的管状网络结构的演化过程,验证了线性稳定性分析的结果。本文探究了胶体晶体在曲面上的自组装生长形貌。以往的研究表明曲晶体为了释放曲率导致的应力将产生拓扑缺陷形核以及边界分叉生长两种弹性失稳。我们在曲晶体生长过程中同时考虑这两种弹性失稳,通过理论分析得到了曲晶体平衡形貌关于基底曲率、晶体尺寸、晶格大小、晶体模量以及边界能的相图,并利用布朗动力学模拟对相图进行了验证。结果显示两种弹性失稳之间不仅存在相互竞争,还可以在一定条件下共存。本文阐明了薄膜基底结构中裂纹两侧有序局域化褶皱的形成机理以及调控方法。首先我们利用理论分析认为这种局域化褶皱是由于薄膜裂纹尖端集中应力产生的塑性变形导致的,并得到局域化褶皱条带的宽度与薄膜厚度以及系统模量比相关。随后我们利用数值方法研究了薄膜中裂纹扩展、塑性变形以及褶皱变形等多种失效失稳模式耦合发生的过程,重现了实验中薄膜产生局域化褶皱的现象。最后,褶皱条带宽度与膜厚以及系统模量比之间的关系得到了数值模拟和实验结果的验证。本文探讨了柔性基底上周期性梯度厚度薄膜中的可控褶皱形貌。首先我们通过在薄膜沉积过程中在基底上覆盖铜格栅,提出了一种新颖的制备周期性梯度厚度薄膜的实验方法。实验发现通过改变铜格栅的网格大小以及薄膜沉积时间,就可以改变薄膜的厚度分布进而调控其表面褶皱形貌,并得到了薄膜褶皱形貌的相图。结合实验观测以及数值模拟,我们详细讨论了随着膜厚周期性变化,薄膜中直条纹褶皱、人字形褶皱以及迷宫形褶皱等不同表面褶皱的形貌特征、演化行为以及形成机理。本文讨论了薄膜中电话线鼓包在梯度应变下的对称破缺以及高阶失稳现象。实验发现薄膜边缘处的电话线鼓包呈现出不对称的翘曲形貌,我们认为这种现象是边界处的非均匀应力导致的。利用数值模拟我们得到了电话线翘曲鼓包关于应变梯度以及平均应变的形貌相图,发现当平均应变较小时,梯度应变使电话线鼓包产生对称破缺现象,当平均应变较大时,梯度应变使电话线鼓包产生不对称的高阶失稳形貌。本文研究了薄膜中罕见的环形鼓包的形貌特征以及形成机理。我们认为在薄膜沉积过程中基底上的硅油滴由于高温蒸发,硅油残渣残留在基底上产生了环形的界面较弱区域,从而诱导了薄膜在环形区域内脱层并翘曲。实验和数值模拟结果表明环形翘曲鼓包的最大高度与半宽近似成正比,这可以利用直边形鼓包的形貌近似解释。此外数值模拟还发现由于翘曲边界的曲率影响,环形鼓包的最大翘曲高度向环形外侧偏斜。