碳纳米管和石墨烯是近年来纳米材料领域的热点研究对象,碳纳米管是一维材料,石墨烯是二维材料,由于它们优异的力学,电学和化学性能,在材料学、微纳米器件等方向都得到了广泛的应用。由于两种材料的制造工艺的限制,目前生产的碳纳米管和石墨烯往往都含有不同数量和种类的缺陷,这些缺陷对于碳纳米管和石墨烯及其组合器件的性质有重要的影响,对于这一部分内容的研究也有助于指导其相关的应用,但是目前对于碳纳米管和石墨烯缺陷对于其力学性质的影响规律的研究还不完善。因此本文的研究基于分子动力学研究的方法,对于不同种类和数量的缺陷对于碳纳米管和石墨烯及其组合纳米器件的运动影响进行了研究,得到其影响规律,并且在此基础上,利用其缺陷的影响,设计了新的石墨烯和碳纳米管组合纯转动系统。首先,采用双壁碳纳米管平动系统作为研究对象,在其中加入了不同数量和位置分布的空位缺陷和STW缺陷,在其余条件都相同的情况下,研究缺陷对于系统运动的影响。研究发现:缺陷数量与缺陷对于系统运动的影响大小整体上成正比,即随着缺陷数量的增加,缺陷对于系统运动的影响越大;其中缺陷的不同位置分布对于运动也有不同的影响。其次,在分析了缺陷对于纳米系统的运动影响的基础上,利用缺陷造成势能差,设计了一种基于双壁碳纳米管和石墨烯的新的纯转动的纳米器件,利用分子动力学方法对于该系统的转动过程进行了模拟,并且分析了该系统产生转动的机理。结果表明:在系统合理位置设计缺陷,可以使系统产生势能差,进而驱动某一个部件产生纯转动,其稳定转速与系统的温度、缺陷的位置以及组成器件的碳纳米管和石墨烯的手性都有关系,这部分研究结果对于基于碳纳米管和石墨烯的纳米器件的设计和应用都可以起到一定指导意义。最后,对于双壁碳纳米管与石墨烯纳米转动系统进一步丰富,设计了基于三壁碳纳米管和石墨烯的系统,在该系统中,可以设置两种不用的转动方式,一种为内管固定,外管和中管为转子,另一种是中管固定,内管和外管为转子。采用分子动力学方法,针对温度,碳纳米管手性和缺陷位置的影响进行了系统的研究,并揭示其影响机理和规律,得到了具有工程实际应用的重要结论,发现了通过改变温度,碳纳米管手性和缺陷位置可以调控该系统的转动性能。研究结果对于纳米转动系统的调控和实际应用具有指导意义。