金属纳米结构材料相比于其宏观块材具有许多优异而独特的物理力学性能。然而,金属纳米结构的这些性能又显著依赖于其特征尺寸及几何形状。因此,开发可控且低成本制备金属纳米结构的技术是它们能否走向应用的关键。超塑性纳米模铸技术是最近开发的一种能兼顾可控性及高产出、低成本的晶体金属纳米成型技术。本文围绕超塑性纳米模铸技术,系统研究了对晶体金属在中等温度附近(T≈0.5T_m)进行超塑性纳米模铸的力学机理,进而以光学特性为例,研究了金属纳米结构的微结构-性能关系。论文的主要内容及创新点如下:(1)基于晶体金属的超塑性纳米模铸技术,发现了“尺寸越小模铸越容易”的实验现象。基于原子扩散的流变机制建立了超塑性纳米模铸的力学模型,该模型可以很好的解释上述实验现象。同时该模型还预测了超塑性纳米模铸技术原则上可适用于任意的金属或合金。(2)发明了一种结合超塑性纳米模铸技术和脱合金技术快速制备金属多孔纳米柱阵列的通用技术。该技术使得所制备的金属纳米结构兼具结构稳定性和高比表面积。同时,应用该技术还可以对微结构进行调控,使得从实验上研究微结构-性能关系成为可能。(3)基于超塑性纳米模铸技术,开发了一种利用金属的颈缩变形快速制备金属纳米针尖阵列的技术。结合实验及分子动力学模拟,揭示了原子扩散与剪切滑移之间的竞争共同主导了纳米针尖尖锐程度的机制。此外,实验发现针尖的尖锐程度会显著影响纳米针尖阵列的拉曼光谱强度。