随着电子显微技术的发展,电子显微图像的真实度和清晰度越来越高。同时,纳观力学分析方法,即纳米级分辨率的实验测量技术,对材料体的研究起到重要的推动作用。材料中众多的位错理论及模型之间,会出现不一致甚至相互矛盾的情况。这是由于缺乏位错芯周围纳米尺度的实验测量数据,来作为依据对各种模型进行验证和改进。因此,纳米尺度位错芯变形场的实验测定,可望推动位错理论的发展。本文以面心立方金属Au中的位错芯为主要研究对象,结合高分辨透射电子显微实验、分子动力学模拟、几何相位分析技术,研究混合位错间的反应、定量测定位错芯周围纳米尺度范围的应变场、表征位错间的相互作用等。并将实验结果与各种位错模型及位错间相互作用模型进行对比分析,给出其适用范围。取得的主要进展和结论如下:(1)发现了一种新型固定位错,该位错柏氏矢量为a/2[110]。分子动力学模拟表明,这种位错可以通过两个螺型分量符号相反的45°位错、45°与60°位错之间的反应形成。通过高分辨透射电子显微实验,在Au中观察到了这种新型固定位错,证实了该位错的存在。(2)实验发现固定位错和可动位错的位错芯应变场存在显著差异:固定位错的柏氏矢量方向正应变(εxx)图像为蝴蝶状,而可动位错柏氏矢量方向正应变图像为斜8字型;固定位错的位错芯在垂直柏氏矢量方向有非常大的正应变(εyy),而可动位错的对应应变εyy趋近于零。与实验观察到的位错芯应变场对比发现,Peierls-Nabarro位错模型与可动位错芯应变场吻合,线弹性理论模型与固定位错芯应变场吻合。没有一种位错模型同时符合实验观察到的固定位错和可动位错的位错芯应变场。(3)小角度晶界中的位错墙具有隔离应变场的“墙”的作用,可以阻碍应变场扩展,并能储存较大的残余应变。实验测量的小角度晶界应变集中区具有多达4.9%的残余应变。在阻碍应变通过时,位错墙上的位错芯应变场会被拉伸变形。(4)通过大量多晶Au的高分辨透射显微实验并结合几何相位分析技术,获得了大量双位错系统中位错芯应变场数据。实验发现随着两个位错的接近,每个位错芯附近应变场都会增大,但当两位错距离小于2纳米时,应变场反而变小。统计结果与两位错间相互作用模型对比后显示:基于连续介质理论设计的两位错间相互作用理论远程有效,在两位错距离小于3纳米时失效。