碳纳米管有广泛的应用前景，但是它的性能与它的结构，特别是手性，密切相关。认识碳纳米管的性能与其原子结构的关系有重要意义。我们搭建了基于扫描电镜的原位表征平台，发展了一系列纳米操纵和纳米测量方法，可实现将单根纳米管、纳米线的电学、力学和压电等特性与其原子尺度的结构对应。基于上述平台和研究方法，我们研究了单根碳纳米管应变下的电学特性和谐振特性及与其结构的关系。我们在扫描电镜中原位构建了沟道长度可变的碳纳米管场效应晶体管，实验测到了器件的开态电阻和关态电阻随碳纳米管轴向应变的变化；之后将该碳纳米管转移到透射电镜中进行原子尺度的结构表征，实现了结构与性能的对应；从实验和理论上分别得到了应变引起的碳纳米管能隙的变化，并实现了定量的比较。我们在扫描电镜中原位构建了沟道长度可变的碳纳米管谐振器，测到了轴向应变和松弛度对碳纳米管谐振性能的影响；之后将该碳纳米管转移到透射电镜中进行原子尺度的结构表征，实现了结构与性能的对应；进一步将实验结果与理论，并实现了定量的比较。