材料在纳米尺度表现出许多不同于其体材料的力学性能与行为，纳米尺度材料的力学行为以及应力下结构的演变是当前纳米力学研究的热点问题之一。目前，基于纳米材料(纳米线管/线，薄膜)多种功能器件的设计、组装、集成，特别是可卷曲柔性电子器件的发展，迫切的需要了解纳米尺度下材料的力学性能、行为及结构演变。然而，由于纳米材料极小的尺度，如何在原位观测尤其是原子尺度的原位观测下实现对纳米材料单体的操控，进而研究单体纳米材料的行为变化以及原子尺度的结构演变是一个极具挑战性的工作。 本论文利用自主创新的多种纳米力学测试方法，以单晶Si纳米线和非晶SiO2纳米线为研究对象，实现了高分辨透射电子显微镜镜中的原位单轴拉伸和弯曲实验，研究了单晶Si和非晶SiO2玻璃在尺度降至100nm以下时的室温力学行为以及在原子尺度上研究了它们在应变下的结构演变过程。具体的研究内容如下： 1．实现了单根Si纳米线的原位拉伸，首次发现Si纳米线在室温环境中能够发生大的拉伸应变塑性行为；对不同直径的纳米线进行拉伸，研究了直径对拉伸塑性的影响，发现随着直径的减小，纳米线的拉伸塑性增大；利用高分辨显微术、能量损失以及能谱原位动态的研究了Si纳米线在拉伸变形过程中微结构的演变并揭示了大应变塑性的原子机理，发现大应变塑性是通过位错形核、位错运动、非晶相变及非晶处颈缩实现的；分析探讨了Si纳米线这种不同于体材料的室温力学行为的可能因素。 2．利用高分辨显微学研究了Si纳米线弯曲下结构形态的演变，直接在原子尺度上观测到了位错动态过程；揭示了不同弯曲阶段下的塑性方式。发展了原子尺度的应变分布研究方法：应用此方法，成功的揭示了弯曲Si纳米线在弹塑转变中应变分布的变化，首次发现Si纳米线的拉压应变中轴线在弹性失稳后向拉应力表面偏移；通过应变分布的研究，揭示了在压应变区域会产生纳米尺度的屈曲结构，这种屈曲结构与拉应力表面的台阶结构是由于非对称应力状态造成的不同失稳形态。 3．利用三种实验装置，实现了非晶SiO2纳米线的单轴拉伸，首次发现SiO2玻璃尺寸降至纳米尺度时，在拉应力下能够展现出超过106％的大应变塑性，不同于体材料SiO2玻璃的室温脆性性能；研究了不同应变速率下非晶SiO2纳米线的力学性能及断裂行为，发现拉伸塑性强烈的依赖于应变速率的大小，并且随着应变速率的增大，SiO2纳米线由室温韧性断裂转变至脆性断裂；利用高分辨显微术和能量损失谱原位的研究了拉伸过程中非晶SiO2纳米线的结构演化，并结合分子动力学模拟的结果，给出了非晶SiO2纳米线的塑性机理；结合实验结果和分子动力学的模拟结果探讨了SiO2纳米线能够在室温下发生脆韧转变的可能原因。