石墨烯是一种单原子层的二维石墨薄膜,其结构比硅更有利于表面修饰,而且抗压能力也更大。目前,有关应变调控二维石墨烯的研究已经很多,包括均匀应变和局部应变。然而,本征石墨烯并不能产生带隙。但是如果将石墨烯加工改造成石墨烯纳米带,就能产生带隙,这从理论和实验中都已证实。本文按照以密度泛函理论为基础的第一性原理计算方法,研究了单轴应变、等双轴应变、剪切应变以及局部垂直应变调控石墨烯的稳定性、力学特性、电子特性或磁性等。研究对象包括扶手椅型石墨烯纳米带、锯齿型石墨烯纳米带、单侧氟化石墨烯纳米带以及氧化石墨烯纳米带等结构,并得出了以下结论:(1)详细研究了单轴应变调控扶手椅型纳米带的结构和电子性质。研究发现,所有的C-C键长都是随着压应变的增大而减小,而随着张应变的增大而增大。所有的纳米带在应变为零时最稳定,并且形成能与单轴应变满足抛物线的函数曲线关系,呈现出弹性行为。此外,纳米带的带隙呈现周期性震荡现象。(2)详细研究了等双轴应变调控单侧吸附氟原子的石墨烯C4F的结构和电子性质。研究发现所有的C-C键长都随着等双轴张应变的增加而增加,而随着等双轴压应变的增大而减小。C4F超晶胞在无应变时的平均能量最低。带隙也随着张应变的增大而增大,随着压应变的增大而减小。而且,带隙随着等双轴应变的变化产生了直接带隙和间接带隙的转换。(3)详细研究了剪切应变作用于扶手椅型石墨烯纳米带的对称性、稳定性以及电子结构。研究发现,纳米带从无应变时的六方晶系变成了单斜晶系。形成能则关于应变为零对称。在同一剪切应变下,形成能随着纳米带宽度的增加逐渐减小。剪切应变下的能带结构也变得更为光滑,然而能带的带隙变化非常微小。(4)详细研究了垂直应变作用于带有拓扑线性缺陷的锯齿型石墨烯纳米带(LD-ZGNRs)的力学性质、电子性质以及磁性。在四种缺陷原子上施加垂直应变,研究发现纳米带在垂直应变的距离增大到1.6A时,碳碳键会发生断裂。在同一个形变区域内,应变能随着垂直应变距离的增大而增大;在同一个垂直应变距离下,应变能随着形变区域的减小而增大;另外,局部垂直应变可以使LD-ZGNRs产生磁矩,并且磁矩的贡献主要在形变区域范围内。(5)详细研究了单轴应变调控非平面O-AGNR的平衡原子结构、力学以及电学特性。研究发现,在无应变时结构最稳定。纳米带越宽,理想强度就越大,尤其在压应变下。杨氏模量和泊松比都随应变发生非线性的变化,表现出明显的弹性行为。而且,O-AGNR的带隙随应变产生了直接带隙和间接带隙的变换。