薄膜材料被广泛应用于微机电系统、原子核、太空、磁性器件、低辐射窗户、航空航天和医药等重要领域，因此是力学、材料学、物理学、微电子学、光学以及生物医学等诸多领域关注的重点之一。薄膜/基底结构的破坏，包括薄膜的脱层、屈曲和断裂，严重影响器件的可靠性。本文将采用实验、理论分析和有限元计算结合的方法，对用磁控溅射方法沉积于聚合物基底上的微纳米金属薄膜在力、热载荷作用及环境影响下的变形和破坏行为进行研究。首先，通过原位实验观察单轴压缩载荷下有机玻璃基底（PMMA）上金属膜的直线型屈曲的隧道式扩展和边缘扩展行为，采用薄膜脱粘机理来解释实验现象。对铜膜/基底结构进行原位单轴压缩-卸载实验，发现直线型屈曲存在不稳定现象，先转化为电话线型屈曲，最后演变成泡状屈曲。研究表明：直线型屈曲的不稳定主要与薄膜的残余应力、基底的泊松比以及薄膜沿纵向与横向的应力分配有关。聚合物基底上薄膜的粘附能测试是一个重要的课题。本文提出一个单轴压缩实验和非线性数值方法相结合的方法，对Ti/PMMA结构的界面性能进行了估测。实验中，薄膜产生隧道式脱层屈曲，随着整体应变增加，由于基底的纵向拉伸变形，薄膜出现贯穿屈曲的横向裂纹，并伴随界面的二次脱层。本文建立了含有内聚力区的三维模型，模拟薄膜屈曲、横向断裂以及界面脱层的全过程。通过参数分析，使有限元计算结果与实验测试的脱层长度结果达到一致，最后确定出界面的粘附性能。本文研究了力-热耦合作用下薄膜的表、界面响应。实验观察了三种不同厚度钛膜的屈曲和横向裂纹演化，研究了在升温过程中，薄膜的屈曲密度、横向裂纹密度、裂纹间距和屈曲宽度的变化规律。分析了基底在力-热耦合作用下的变形机制。建立有限元计算模型，分析了在几何尺寸、裂纹段长度影响下，受拉基底对薄膜的应力传递机制。本文在上述物理条件对薄膜屈曲研究的基础上，还进行了化学条件下薄膜屈曲的初步研究，用光学显微镜原位观察溶剂诱导作用下的薄膜屈曲脱层现象。实验发现：屈曲成核首先形成圆泡状，然后以电话线型状态扩展；并且呈现动态不稳定性，直到溶剂挥发一段时间后才稳定形成分支状屈曲模态。另外，观察到的屈曲萌生、扩展和最终的稳定状态和形态都与薄膜厚度密切相关。这种不稳定屈曲扩展的形成机理为：溶剂在界面扩散导致屈曲不稳定，最终达到能量最小的平衡状态。对沉积在聚合物基底上的微纳米金属薄膜的变形和破坏机制的上述研究，为进一步了解和研究薄膜的力学性能提供了技术和方法。