纳米结构元件,如纳米线、纳米膜或纳米板、纳米管等,将广泛地应用于传感器、制动器、晶体管、探针、共振器等纳米机电系统(NEMS)中.测定纳米结构元件力学和电学性质已经成为了这些纳米器件设计过程中的关键问题.尽管不少研究已经致力于研究纳米元件性质,但是实验和理论之间的不一致性和差距依然存在.因此,对于纳米结构元件性质的研究仍然是一个广阔而开放的问题,需要进一步研究和探讨.而另一方面,尤其是表面效应问题成为研究纳米结构元件性质的热点话题.表面弹性和表面应力已被公认为可以解释实验测量结果的因素.然而,现有的表面模型不能给出很好的理论与实验结果的符合,尤其是当纳米结构元件的尺寸减小到几十个纳米的时候.本文正是在研究表面问题对纳米元件性质的影响的基础上展开的.具体地,我们提出了一个改进的表面弹性模型——修正的core-shell模型,基于这个模型我们系统地研究了纳米结构元件的力学、电学方面的性质.我们得出的理论结果更加合理有效,可以在小尺寸下更好地与实验结果相符合.首先,在现有的表面弹性模型基础上,我们研究发展了一个考虑了表面弹性影响的修正core-shell (MC-S)模型.利用这个修正core-shell模型,我们研究了在弯曲和拉伸荷载模式下表面弹性对圆形截面纳米线弹性性质的影响,以及对矩形截面纳米粱和纳米板弯曲性能的影响.通过与相关实验、模拟计算结果如分子统计热力学(MST)、分子动力学(MD)模拟,以及现有的理论模型如core-surface模型和core-shell模型的比较发现,我们的表面弹性模型尤其是在纳米结构元件尺寸减小到几十个纳米时显示出更加的合理性,而且我们的模型还可以很好地预测纳米结构元件在小尺度时主要的尺寸效应.本项研究也许有助于解释纳米结构元件关于弹性尺寸效应的各种相关现象.其次,分别利用core-surface模型,修正core-shell模型,以及应力一致模型,我们主要研究了表面弹性对弯曲氧化锌(ZnO)纳米线压电势的影响.通过理论分析,结果表明,由于表面变硬而导致ZnO纳米线内产生的压电势值减小.而且,表面弹性对弯曲ZnO纳米线压电势有重要的影响,事实上,它降低了理论估测与实验测量值之间的差距,给出一个更加接近于实验数据的理论结果.因此,这也说明了考虑表面影响后的模型是更加合理的,尤其是当纳米元件的尺寸小于100纳米时.本项研究将对认知表面对纳米元件压电性质影响方面提供有价值的研究.最后,基于修正core-shell模型,结合欧拉-伯努利粱屈曲理论,我们研究了单轴压力下表面效应,即表面弹性和表面应力(即剩余表面张力)对纳米线屈曲行为的影响.本文主要研究了两种边界条件的纳米线,即两端固定的纳米线和一端固定一端自由的纳米线.理论结果显示,随着纳米线尺寸的减小表面弹性对纳米线的屈曲行为影响越重要.此外,本文还讨论了表面弹性和剩余表面张力对纳米线屈曲影响的比较.由于剩余表面张力可以引起沿纳米线跨度的横向载荷,所以我们发现剩余表面张力比表面弹性对纳米线屈曲的影响更加强烈.本项研究将有助于更好地了解纳米器件中纳米粱的屈曲行为.