纳米孔由于其自身特殊的结构特点,在很多领域,尤其是在纳米孔传感器及基因测序方面,存在巨大的发展潜力和广阔的应用前景,相应的纳米孔技术也已经成为科学研究的热点之一。可控地制备以及有效地调控纳米孔的结构,是基于纳米孔的设备集成的最基本的前提,对相关器件的开发和应用是不可或缺的首要条件。借助原位透射电子显微学技术,本论文主要对制备的镁（Mg）纳米孔进行了结构的表征、电子束辐照下的愈合机制的探索、与孔形有关的原子扩散行为以及原子尺度下镁的氧化过程的实时观测和研究。主要成果总结如下：1、在透射电镜中利用聚焦电子束在Mg基底上制备出了纳米孔,并利用原位高分辨透射电子显微学技术,对孔的二维形状进行了表征。实验发现：（1）制备的Mg纳米孔有明显的边缘特征,是由几组平行的侧边围成的；（2）纳米孔的二维形状与电子束的辐照方向有关。实验结果拓宽了纳米孔形状的多样性,为其相关应用奠定了一定的基础；（3）实验结果为金属材料的纳米图案化提供了一种可行的参考,促进了对“纳米模具”可控制备的研究和认识。2、利用高分辨透射电子显微学技术和log-ratio方法,对近似正六边形纳米孔的三维结构进行了研究。我们发现：（1）纳米孔的三维结构主要表现为两种：六棱柱形状和沙漏形状；（2）具有相对低表面能的晶面{1101}、{1100}、{0001}对于调控纳米孔的几何形貌起到重要作用；（3）纳米孔的三维结构和最宽直径与厚度的比值（D/t）有关。实验结果对于制备尺寸和几何形状可控的纳米孔有重要的指导意义。3、通过原位高分辨透射电子显微学,实时监督了纳米孔在电子束辐照下逐渐愈合的动态过程。实验发现,这种愈合现象与其初始尺寸有关,而纳米孔的孔形没有关系。愈合过程是不连续的,以边缘原子面间断地层层生长的方式实现纳米孔的愈合,直接观测到的表面原子扩散是导致其愈合的主要原因。而且进一步的研究表明纳米孔侧壁愈合的优先性与孔的形状有关。实验结果为探索金属Mg及其合金在辐照环境下的进一步应用提供了一定的参考。4、通过操纵聚焦电子束在原子尺度下对纳米孔进行形变,实验结果暗示这种方法可以得到特定形状的金属纳米孔,丰富了孔形的多样性。应用高分辨透射电子显微学技术,通过原位观测不同形状的纳米孔边缘原子在电子束辐照下的扩散行为,发现了原子扩散行为与纳米孔的形状有关。5、在透射电镜中原位观测了原子尺度下金属Mg表面不断氧化的过程。实验发现通过吸附原子,Mg表层先被氧化,并且MgO纳米晶体通过特征的层层生长方式不断实现氧化及生长。在氧化物表层不断生成的新的{200}MgO氧化层,并且不断向这个氧化物尖端传播。MgO晶体表现出由{200}MgO晶面包围而成的带边的形貌特点。实验结果促进了对纳米尺度下氧化机制的理解,从而对提高镁及合金的抗氧化能力具有重要的指导意义。