纳米晶体金属有着独特的结构和优异的力学性能，其变形机制是国际纳米结构材料研究领域的重要前沿方向之一。纳米尺度的晶粒结构使得位错产生和移动都变得相当困难，粗晶中位错主导的塑性变形机制不再适用于纳米材料。在传统塑性的载体一位错受限乃至缺席的情况下，晶体会以什么方式发生变形?纳米晶体力学性能的研究，可以加深目前对晶体缺陷和变形机制的认识，对设计和改进纳米材料有着重要指导意义。　　 透射电镜由于具有原子尺度分辨率，是纳米晶体力学变形机制研究的重要工具。但是由于室温纳米晶体低的加工硬化能力，力卸载之后位错难以储存在晶粒内部，使得后位透射电镜研究有很大的困难。因此，能够实时记录整个变形过程中结构变化的原位实验在纳米晶体原子尺度的结构演变研究中有着重要的意义。　　 目前基于商业拉伸样品杆的原位实验只能单轴倾转，在纳米晶体研究中仅能得到衍衬像，而难以获得原子尺度的演变过程。本论文利用自主创新的透射电镜原位拉伸方法，实现了双轴倾转原位拉伸。本论文以电沉积制备的纳米晶体镍为研究对象，使用聚焦离子束制备出了纳米尺寸的拉伸样品，并实现了高分辨透射电子显微镜中的原位单轴拉伸实验，研究了纳米晶体在纳米尺度的室温力学行为以及应力场作用下原子尺度的演变过程。　　 本论文报道了在原位实验中观察到的小尺度纳米晶体大塑性变形行为，其塑性伸长量可以达到90％以上。在拉伸过程中，发现了大量形变孪晶的形成和运动，我们将其划分为三个力学变形阶段：形变孪晶形成阶段，形变孪晶相对滑移阶段和单根形变孪晶塑性伸长阶段。首先受力区域出现平行的形变孪晶，随后这些形变孪晶发生相对滑移，直到中间只剩一根孪晶时，滑移受阻，开始对中间单根孪晶拉伸，直至断裂。形成的形变孪晶以束集的形式存在，并且在变形过程中，在孪晶界周围发现了大量的位错、偏位错、层错和微孪晶。孪晶界在应力作用下也发生变化，主要表现在与位错相互作用后孪晶界的弯折、扭曲和最终消失。　　 这一形变孪晶主导的塑性变形现象可能预示着纳米晶体新的孪晶机制和变形机制。首先，形变孪晶在晶界处大量平行的形成，而目前的偏位错机制以及交滑移机制难以解释这一新现象。第二，孪晶在纳米晶体变形中的作用跟体材料相比发生了明显差别。这些平行孪晶有效的消耗了外界施加的能量，并提供了进一步通过滑移释放能量的途径，避免了应力过早集中，从而大大提高了样品的塑性。