单壁碳纳米管是十年前发现的一种管状碳结构，它可视为由一层石墨层卷曲而成的完整结构。由于其独特的原子结构和电子结构，单壁碳纳米管可望在结构材料领域和纳米电子学与分子电子学领域获得广泛的应用。单壁碳纳米管被认为可以应用于未来的电子器件中，它将比微电子器件性能更好，单壁碳纳米管还有望用在平板显示器件中作为场电子发射源。单壁碳纳米管的性质和用途决定于它的原子结构和电子结构，所以对单壁碳纳米管及相关体系的原子结构和电子结构进行理论计算，揭示其电子输运的机理是十分必要的。 本文采用密度泛函方法，首次对单壁碳纳米管的荷电特性进行了系统研究。我们计算了荷电单壁碳纳米管和荷电富勒烯分子的原子结构和电子结构，给出了单壁碳纳米管的电荷密度和静电势分布的一般规律，发现了电荷密度的局域性质，我们给出了单壁碳纳米管和富勒烯分子的总能量随其荷电量变化的抛物线关系和最高占据分子轨道能量随其荷电量变化的线性关系，对于单壁碳纳米管，我们给出了这些关系用体系电容和逸出功作为参量的解析表达式，并用这些关系讨论了单壁碳纳米管作为量子点的单电子隧穿。我们发现荷一定量负电荷的单壁碳纳米管和富勒烯分子比它们的电中性状态有更低的总能量，这一性质起源于这些体系中未成对的π电子。 我们用荷电单壁碳纳米管模拟场发射情形下的单壁碳纳米管的尖端，给出了单壁碳纳米管的一种场发射模型，计算了单壁碳纳米管的场发射电流，探讨了单壁碳纳米管的场发射性质，计算表明单壁碳纳米管的场发射性质随管型和结构的不同有很大的分散性，我们还发现从理论上说，若满足一定的条件，在十几伏的低电压下即可从单根单壁碳纳米管获得100nA级的发射电流。 我们计算了荷电对于单壁碳纳米管和富勒烯分子团聚的影响，给出了在荷电情况下团聚体的总能量随其组成部分的距离变化的三种变化形式，发现了团聚的亚稳态，指出荷电可以解除单壁碳纳米管和富勒烯分子的团聚，但荷电量较小时，体系仍可以处于团聚的亚稳态。 最后我们计算了水和氧在不同单壁碳纳米管端口的吸附性质，发现荷电对水和氧的吸附的不同的影响，我们讨论了吸附在单壁碳纳米管端口的水，氧，和氢对碳管场发射的影响，指出从静电势考虑，水和氢可以降低碳管端口的势垒，从而加大碳管的场发射电流，而氧对碳管的场发射性能的影响不大。 本文以单壁碳纳米管和相关体系的荷电为主线，研究了这些体系的诸多性质，得到了许多有意义的结果。