碳纳米管(CNTs)是21世纪最有前途的纳米结构材料和纳米电子器件功能材料之一，具有独特的力学性质和电学特性。由于用碳纳米管晶体(SWNTCs)制成的半导体器件、探针以及电子器件内部的接点等都将具有潜在而广泛的应用价值，故CNTs之间的相互作用、SWNTCs 电学和力学性质及外界条件对其性质的影响已成为当今纳米材料前沿研究的热点之一。本文采用基于密度泛函的第一性原理方法，研究了(6,6)SWNTCs在取向效应的影响和外加压力的作用下所发生的力学性质和电子结构的变化。本文的主要内容和结论如下： 1．本文的研究中，针对由(6,6)单壁碳纳米管(SWNTs)形成的两种不同取向的晶体A相和B相，分别计算了它们的力学性质和电子结构，并将两种晶体的物理性质进行比较。取向效应影响(6,6)SWNTCs的力学性质，六角超晶格结构的晶体A相的超晶格常数、总能量和硬度都比晶体B相中相应物理量的数值大，原因在于晶体A相中SWNTs管间电子云的排斥作用强于晶体B相管间电子云的排斥作用；当晶体中SWNTs的取向从A向B转变时，会出现金属一半导体的转变；以上的这些现象同样存在于具有四方晶格的(6,6)SWNTCs中。取向效应影响(6,6)SWNTCs物理性质的本质原因在于：由于(6,6)SWNTCs中SWNTs的取向不同，导致了SWNTs之间的相互作用方式的不同。在外界物理条件变化时，(6,6)SWNTCs中最近邻SWNTs之间电子云的成键趋势与排斥作用相互竞争，这种相互竞争的机制决定了(6,6)SWNTCs的物理性质将如何改变。 2．对具有四方超晶格结构的(6,6)SWNTCs(t相)进行单向模拟加压的计算，细致研究了单向压力作用对t(A)相和t(B)相的结构和电学性质的影响，以及在加单向压力的过程中取向效应对各相物理性质的影响。在单向压力的作用下，(6,6)SWNTCs的t(A)相和t(B)相都能够发生结构相变，并形成非成键相(t(A)-u、t(B)-u)和成键相(t(A)-b、t(B)-b)。规定超原胞两个基矢、在垂直于SWNTs管轴方向的平面内，t(A)-b相中SWNTs之间形成的化学键沿6方向，而t(B)-b相中沿、两个方向都有键合形成。伴随着t(A)相的结构相变，其电子结构也发生了显著的变化，发生了从金属到半导体再到活泼金属的转变，t(A)-b相中的电子不仅可以沿管壁运动，而且可以通过管间的化学键在垂直于SWNTs管轴的xoy平面内运动；伴随着t(B)相的结构相变，其电子特性发生了从半导体到金属再到活泼金属的转变，电子沿SWNTs的管壁运动是唯一的导电方式。加压的过程中的取向效应决定了t(A)与t(B)相在单向压力的作用下，具有各自不同的结构、力学性质、取向、成键方式以及导电方式。 3．我们进一步计算研究了双向压力作用对t(A)相的力学性质和电学性质的影响。在双向压力作用下，t(A)相也发生了结构相变，形成成键相t(A)-b’。与单向压力相比，双向压力作用在t(A)相晶体上，形成成键相的相变压强只是单向压力作用时的一半，这足以使得晶体的体积迅速减小，并在SwNTs之间形成多层面二维连接的化学键，从而使整个晶体获得较高的能量和硬度；在双向压力的作用下，t(A)-b’相具有比t(A)相更活泼的金属导电性，导电方式是沿管壁导电；管间成键的这四个碳原子的轨道杂化方式为sp<3>杂化，而单向压力作用下形成的t(A)-b相管间成键碳原子的杂化方式介于sp<2>～sp<3>之间。说明对于同一种晶体，不同的加压方式是成键相的成键方式和导电方式存在差异的原因。 系统的计算研究表明：在压力的作用下，SWNTCs 物理性质的变化不仅取决于压力的作用方式，而且还取决于SWNTCs中SWNTs的类型和取向。