尺寸效应是纳米材料研究的热点和难点问题,它是材料宏观特性与微观结构的桥梁。因此,在全世界范围内开展了大量的研究。目前,该领域的研究通常都是以材料的某一特性为研究对象,通过建立不同的理论模型和实验验证,研究纳米材料的尺寸效应。少量的研究涉及了材料某些特定参数之间的关系,如熵、焓、熔点等。本论文深入而系统的探讨了金属纳米材料的晶体学特性、动力学特性、热力学特性、力学特性和电阻率特性,取得了一些积极的成果。本论文通过从理想晶体(原子间距为2r0,平均密度为ρ0)中取出半径为R0的球形晶粒,形成纳米粒子(原子间距为2r0,平均密度为ρ,粒子半径为R),构建了晶体材料纳米粒子键能变化的物理模型；通过计算由于纳米粒子表面原子键发生断裂而产生的表面能和由于纳米粒子发生晶格畸变而产生的畸变能,建立了晶体材料纳米粒子单位能量的变化(△W/W0)与纳米尺寸(R)的关系。金属纳米粒子的单位能量的变化(△W/W0)与纳米尺寸(R)均呈现近似的反比例关系,尺寸越小其单位能量的变化越大。当纳米尺寸为2nm时,Co、Ni、Au和W纳米粒子的单位能量的变化分别为10.5%、9.56%、9.18%和10.9%；当尺寸为20nm时,分别为1.88%、2.16%、1.75%和2.07%；当尺寸为达到50nm时,分别为1.31%、1.67%、1.26%和1.48%。晶体结构对金属纳米粒子的单位能量的变化有明显的影响。研究了金属纳米材料晶格常数、晶格畸变、晶体密度、弹性模量、杨氏模量和表面张力等晶体学、力学参数与纳米尺寸的关系。研究结果表明,金属纳米材料晶体学和力学参数均随尺寸的减小而增加,当纳米尺寸较小时,呈线性关系急剧增加；当纳米尺寸在50nm以上时,晶体学和力学参数值变化不大。探讨了金属纳米材料熔点、结合能、吉布斯自由能、熵、焓、空位形成能和扩散激活能等热力学、动力学参数与纳米尺寸的关系。研究结果表明,吉布斯自由能包含两部分能量：一部分是能够用来做功的部分即焓,另一部分是不能用来做功的部分(热损耗)即熵。熵变非常小时,金属纳米材料的焓变与其熔点具有近似的正比例关系。也就是说,当熵变近似为零时,焓变近似等于吉布斯自由能的变化。讨论了晶体材料纳米粒子单位能量的变化与纳米尺寸的关系,以及纳米材料晶体学参数、力学参数和热力学参数之间的关系。研究表明,在微观上纳米材料特性参数与键能有直接的联系,表现在宏观上纳米材料特性参数之间也具有错综复杂的关系,因此通过材料的某一特性即可以计算出其它相关特性。初步探索了纳米材料电阻率、互扩散激活能与纳米尺寸关系,以及形状对纳米材料特性的影响。研究结果表明,键能变化的物理模型能够较好的反映纳米尺寸对性能的影响,与实验结果相吻合。