本论文研究了纳米材料与纳米结构的表面与界面问题。基于纳米尺度下的热力学理论与连续介质力学理论，建立了普适性的零维纳米晶及纳米空洞、一维纳米线及准一维纳米管、二维纳米多层薄膜等纳米体系的表面与界面物理模型，给出了其表面与界面能的解析表达，并由此而推演出纳米材料与纳米结构中与表面与界面相关的尺度效应。本研究所发展的关于纳米材料与纳米结构的表面与界面理论不仅增进了人们对于纳米尺度下的材料表面与界面的科学理解，而且预言了由于纳米材料与纳米结构表面和界面的尺度依赖性所诱导的一系列异常物性，对于发展新型纳米材料与纳米结构是重要的。 本论文主要有如下三点创新： 1.发展了纳米材料体系中表面与界面的热力学理论，它不仅能够对其表面与界面能进行完整的计算，而且还能够对其与表面与界面相关的物性进行理论预言。根据尺度依赖的表面能模型，研究了纳米晶的结构硬化，纳米线的尺度依赖的热稳定性，纳米管的轴向杨氏模量以及纳米空洞的收缩导致的异常力学性质等。 基于纳米体系材料的表面相与体相的不同，提出了纳米晶的尺度依赖的表面能模型。该表面能一部分来自于表面原子的结合能，另一部分来自于表面原子间弹性相互作用能，考虑了表面弛豫和重构影响。对Au，Ag以及PbS纳米粒子的表面能进行了完整的计算，与相关实验较好吻合。而且解决了目前文献报道的理论计算和实验测量的矛盾。纳米体系材料的相关力学和热学性质都与尺度依赖的表面能相关。系统研究了纳米粒子的结构硬化及表面硬化，一维纳米线的尺度依赖的熔化，准一维纳米管的异常的杨氏模量以及与纳米晶具有反对称关系的纳米空洞的内表面能及外部激活下由内表面能诱导的收缩现象，提出了纳米空洞的收缩动力学模型，解释了纳米空洞的收缩非线性现象。 2.提出了纳米多层膜的界面能模型，建立了二元互不相溶金属多层膜系统中界面合金化的热力学判据和纳米尺度相关的扩散动力学模型，预言了Cu-W体系的界面合金化相图和Cu-Ta、Cu-W和Au-Ag体系的界面原子扩散行为。 将纳米尺度下的热力学理论与连续介质力学理论相结合，考虑具有普适性的多层膜半共格界面，建立了纳米尺度下界面层的物理模型。界面能由来源于界面原子键能的化学项以及来源于界面晶格失配的弹性应变能的结构项组成。基于所建立的尺度依赖的界面能模型，我们提出了基于Gibbs自由能的纳米尺度下二元互不相溶金属多层膜界面合金化的热力学判据以及建立了尺度依赖的扩散动力学模型。界面合金化的热力学驱动力主要来源于界面自由能和生成热的影响。而且，与相关的实验相结合，预言了金属Cu-w体系的界面合金化相图和金属Cu-Ta、Cu-w和Au-Ag体系的界面原子扩散行为，指出这是导致界面合金化的主要动力学途径，揭示了相溶和不相溶金属多层膜系统界面异常扩散的物理起源。 3.发展了纳米尺度下二元金属系统中合金固溶度的热力学理论，揭示了合金纳米颗粒异常固溶度和核一壳纳米结构自发界面合金化的热力学机制。二元金属体系的合金固溶度随尺度的减小而增大，核-壳结构的二元相溶金属纳米结构的界面出现自发的合金化，这已经被相关的实验所证实。实际上，由于尺度的减小，表面和界面的增多，将导致纳米体系材料的熔化焓、熔化熵以及组分原子之间的相互作用能尺度效应的存在。根据相关的理论模型，我们计算了Pb-Sn二元体系的合金固溶度随尺度的变化情况。计算结果与相关的实验结果符合很好。揭示了二元互不相溶金属合金纳米颗粒存在的异常固溶度的热力学机制。同时，我们也从热力学和动力学的角度研究了二元相溶金属体系核-壳纳米结构的自发界面合金化的物理机制。