纳米材料指晶粒尺寸在1-100nm之间的物质,纳米材料正成为一种新型材料,广泛地应用于各个领域。纳米金属由于其区别于粗晶的特殊性质而引起了人们广泛关注,例如其增长的硬度、屈服应力、超强的韧性,与粗晶相比变大的扩散系数、优良的耐磨性等。相比于粗晶,纳米多晶材料的杨氏模量减小、定容热容增大,了解纳米多晶金属的弹性及热力学性质有助于提升纳米材料在各个领域的应用价值。本文主要包含两部分研究内容,首先用Voronoi几何法搭建不同晶粒大小的纳米多晶金属铝和铜样本,并对初始结构进行弛豫来降低由大角度晶界带来的高应力和高能量。在弛豫过程中监测了体系结构、平均能量、平均内应力等在各个过程的变化情况,对比分析了不同晶粒样本在同一弛豫过程的变化趋势。画出了初始结构与弛豫后样本的结构图,发现晶界原子所占比例发生了变化,最终获得了稳定的结构;其次,用经典分子动力学模拟方法对比了施加微小应变时纳米多晶与单晶的冷能曲线,计算分析了晶粒大小对纳米多晶金属铝和铜的弹性常数和一些热力学参数的影响。通过对体系施加微小的拉伸或压缩应变,画出了对应的冷能曲线,并与相应的单晶曲线图进行了对比,发现图形形状基本一致,微小差别可能由于晶界引起的,说明了模拟方法的可行性。计算弹性常数选用的是恒压分子动力学方法,在晶粒粒径小于10nm时,发现体系的硬度随着尺寸的减小而变软,与反Hall-Petch效应吻合。样本的拉伸强度随着晶粒的增大变得更难,压缩程度则相对变得容易。根据热力学参量与独立弹性常数的关系,得出剪切模量、泊松比、德拜温度等热力学值,使我们更深入的认识小晶粒粒径纳米材料的抵抗形变、塑性变形、刚性和延性等性质。通过详细分析小粒径纳米多晶金属的弹性和热力学性质,可以使人们更全面的认识微小纳米材料,为更好的应用纳米材料提供了有力保障。