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薄膜材料广泛应用于微电子机械系统及大规模集成电路等微/纳米系统中,但薄膜材料的力学性能与块体材料的力学性能之间有着很大区别。相对于块体材料而言,薄膜材料在应变梯度控制的非均匀塑性变形条件下具有明显的尺寸效应。因此,研究薄膜材料在不同加载条件下的力学性能十分必要。本文通过对单层膜厚度分别为25nm、50nm、100nm和250nm的Cu-Au多层膜进行纳米压痕实验,研究了Cu-Au多层膜的力学性能及其在纳米压头作用下的变形行为。此外,通过自行设计微弯曲实验系统,并对厚度分别为25μm和50μm的无支持多晶和单晶Cu薄膜进行微弯曲实验,确定了多晶和单晶Cu薄膜的特征尺度,并探讨了材料特征尺度的物理本质。 Cu-Au多层膜的纳米压痕实验表明,Cu-Au多层膜的硬度随单层膜厚度（h）的减小而增加,当h≥50nm时,硬度随1/h1/2线性增加;当h<50nm时,硬度与1/h1/2偏离原来的线性关系,且硬度随1/h1/2的增大而增加的趋势开始弱化。Cu-Au多层膜的弹性模量随单层膜厚度的减小略有减小,但其弹性模量均高于Cu单层膜和Au单层膜的弹性模量。在纳米压头的作用下,Cu-Au多层膜的纳米压痕附近出现“挤出”和剪切带,其塑性变形方式表现为剪切带变形,剪切带宽度随着单层膜厚度的减小而变窄。 无支持多晶和单晶Cu薄膜的微弯曲实验表明,多晶及单晶Cu薄膜在应变梯度控制的非均匀塑性变形条件下均呈现明显的尺寸效应,但是多晶Cu薄膜的强化效应大于单晶Cu薄膜的强化效应。可以确定,多晶Cu薄膜的特征尺度为4.1±0.5μm,单滑移系单晶Cu薄膜的特征尺度为3.8±0.8μm。进一步分析表明,多晶和单晶Cu薄膜的特征尺度依赖于材料内部的几何需要位错密度,其中材料特征尺度表征了应变梯度控制的尺寸效应。