相对于粗晶材料,纳米材料具有更高的屈服强度和断裂强度,更好的耐摩擦/磨损性能以及低温/高应变速率超塑性等优异的力学性能,从而在诸多领域具有广泛的潜在应用前景。然而,纳米晶材料均匀塑性较低,严重制约其运用。值得注意的是,极低温度对纳米结构材料强度的进一步提高与塑性改善存在明显影响,因此清晰的揭示其低温塑性变形行为与机理,可能对提高纳米材料本征塑性具有的指导意义。基于上述原因,本文以电化学沉积的纳米晶镍、剧烈塑性变形的纳米结构镍作为研究对象,综合利用INSTON9580力学性能表征平台、维氏显微硬度仪、扫描电子显微镜等实验测试手段以及分子动力学模拟方法,系统研究了纳米晶镍、纳米结构镍塑性变形行为,结合实验与模拟计算结果,探讨了纳米晶镍低温变形的微观机理。采用Watts改进型镀液,平均电流密度2.5 A/dm2,镀液温度45℃制备的纳米晶镍显微硬度分布十分均匀,平均显微硬度～5.8 GPa。开展了纳米晶镍与纳米结构镍不同变形温度（室温与液氮温度77 K）下的准静态拉伸实验。结果表明:电沉积制备的纳米晶镍强度均高于650 MPa,最高强度为950 MPa,但其基本无塑性;在77 K变形温度下,纳米结构镍的屈服强度和抗拉强度由525 MPa、552 MPa提高到723 MPa、807 MPa,屈服强度与抗拉强度之间的差值由27 MPa提高到84 MPa,同时断裂塑性由2%提高到25%,表现出较强的应变硬化能力。利用LAMMPS分子动力学软件软件,开展了不同变形温度下纳米晶镍单轴拉伸分子动力学模拟。结果表明,平均晶粒直径为8 nm的纳米晶镍塑性变形主要依靠晶界的滑动与转动,同时也存在少量的位错滑移与孪生机制;当温度从300K降低到1 K时,屈服强度由2.9 GPa提高到5.1 GPa;采用分子静力学与分子动力学方法,开展了金属镍基态与有限温度下的广义层错能计算。结果表明,金属镍在[110]滑移方向上不存在稳定层错,而全位错分解方向[112]存在稳定的层错能;滑移以不全位错形式进行,并且总是优先于孪生启动;随着温度的降低,层错能增加使得扩展位错变窄而易于束集,位错运动的能力增强,从而导致了螺位错交滑移的能力增强。为了进一步揭示,纳米晶镍不全位错形核机制与变形温度对位错形核的影响,开展了不同温度下<100>对称倾斜晶界与对称扭转晶界上位错形核与演化的研究。随着变形温度的降低,晶界上形核位错的能力逐步减弱,形核的临拉伸应力逐渐增加;<100>对称倾斜晶界随着取向差角的增大,位错形核的临界拉伸应力呈现出减小趋势;位错在晶界行核后分解为一个部分位错圆,分离位错朝晶内滑移,而另外一个部分位错则被晶界吸收。