随着人们对微观世界认识的深入,纳米科技作为一种新兴的科学得到了长足的发展,在此过程中,多种纳米材料被人们发现。由于维度上的限制,纳米材料通常表现出与宏观材料迥然不同的物理和化学性质,使其有着潜在的实际利用价值,引起了人们广泛的关注。本论文在第一章首先简要介绍了纳米科技的发展情况,接着介绍了石墨烯以及碳纳米管的理论研究和实验结果,最后对碳纳米管约束下的水的行为做了简要的概括。在第二章,重点介绍了经典分子动力学方法。首先简要介绍了经典分子动力学的基本原理；然后针对分子动力学方法中的几个要素做了详细的介绍,包括势函数、边界条件、动力学积分方法、初始条件、模拟系综以及物理学量的统计。第三章主要讨论了含有双空位的碳纳米管的振动性质以及拉曼谱探测。首先运用Brenner经验势计算了碳原子间力常数和具体的振动模式,在此基础上利用经验键极化模型计算了含有双空位的碳管的非共振拉曼谱。结果表明,双空位存在时,碳管的管径发生了变化,它与碳管的螺旋性以及双空位的类型及浓度有很大关系。尤为重要的是,双空位造成的局域模式的频率位于完整碳管的G带之外,这种特征峰的位置也和碳管的螺旋性以及双空位的类型有关,因此在实验上可以用来探测碳管中不同类型的双空位。在第四章中,我们运用经典分子动力学方法,研究了AA和AB堆积方式的双层石墨片在不同温度下的热起伏,并且和单层石墨片的情况作了对比。我们发现：室温下,在AA和AB两种堆积方式的石墨片中都存在着特征尺寸大约为100A的热起伏,该尺寸会随着温度的升高而增大。相同温度时,这两种堆积方式下双层石墨片的层内起伏高度关联函数都遵从幂指数标度行为；在低温时,AB堆积的双层石墨片的起伏高度大于AA情况,而在高温时,它们的起伏高度是相同的。最后,单层石墨片的起伏高度要大于双层的,这归因于层间相互作用抑制了原子Z方向的起伏。在第五章中,我们主要利用经典分子动力学方法,研究了碳管约束下冰纳米管的生长情况以及形变对冰管铁电性的影响。本章分为两个部分,在第一部分中,我们模拟了不同压强下,受碳管约束的双层冰纳米管的生长情况。模拟结果表明：双层冰管的构型与外加碳管的管径以及轴向压强有很大关系。在较大管径的碳管中,当压强不太高时,水分子倾向于形成侧面是四边形格子的双层冰管,类似于两个单层冰管嵌套而成的结构；在高压下,则形成准双层冰管,即双层冰管的中心还包含一条水分子链,并且双层冰管的侧面是三角形格子结构。对于小管径的碳管,我们主要考查了高压的情况,此时形成了双层螺旋冰管,侧面也呈现三角形格子结构。此外,在我们得到的双层冰管结构中,内外层冰管之间有氢键连接,其中内层冰管满足“冰规则”,外层冰管只是部分满足“冰规则”。在第五章的第二部分中,我们以<5,0>单层冰管为例,研究了在不同的轴向拉伸和压缩形变下,含奇数条水分子链的单层冰管铁电性的变化情况。结果显示,拉伸形变下冰管铁电性减弱,压缩形变下冰管铁电性增强。对压电系数的计算表明,<5,0>单层冰管的压电性要优于直径相当的钛酸钡纳米线,因此,为冰纳米管作为一种新型纳米压电材料的可能性提供了理论判据。