近几十年来,随着纳米技术迅速发展,新的低维纳米材料不断地被制备出来。它们有着不同于体材料的性质,在纳米技术领域有着巨大的应用潜力,因而吸引了众多研究者不断地探索和研究。在本论文中,我们主要研究了如下几个方面：1)单壁金纳米管在碳纳米管约束下的生长；2)低激发态下,半导体碳纳米管中的相干声子行为；3)双Stone-Wales缺陷机制下碳纳米管的超长拉伸。在第二章中,我们主要介绍了本论文中所用到的一些方法：1)经典的分子动力学基本原理；2)紧束缚分子动力学的基本原理；3)经典Mento Carlo方法的基本思想。4)计算碳纳米管声子振动谱用到的力常数方法,以及相关的晶格动力学理论。金纳米管是一种金属性纳米管状材料,其导电性质非常优异。实验上在极高真空条件下用透射电镜(UHV-TEM)拉伸出了单壁的金纳米管,但是这种方法很难用于大规模地制备单壁金纳米管。同时,碳纳米管特有的管状中空结构,使其可以作为生长其它纳米材料的模具。我们设想如果把一些金原子放入直径适当的碳纳米管中,也许能够生长出单壁的金纳米管。在第三章中,我们选择了(9,2)、(10,3)和(11,3)三种碳纳米管作为容器,放入金原子,用分子动力学模拟降温过程,最终在这些碳管中分别生成了(3,3)、(4,3)和(5,3)金纳米管。我们发现,单壁金纳米管的螺旋结构与外面约束它的碳纳米管的螺旋结构关系不大,而是与碳纳米管的直径有关。并且,金纳米管的固化温度会随着它的长度的增加而增加。对于不同管径的金纳米管,在相同长度下直径最小的(3,3)金纳米管的固化温度最高,直径最大的(5,3)金纳米管的固化温度最低。我们希望这些模拟结果能为实验上大规模制备金纳米管提供一些有用的帮助。第四章主要研究了半导体碳纳米管在低激发态下的相干声子行为。我们知道,共振拉曼谱常常用来测定碳纳米管的结构；此种方法对于基态下的系统非常适用。但是对于激发态下的系统,共振拉曼方法就不大适用了。近年来,人们发展了相干声子谱的实验方法,可在激发态下测定半导体碳纳米管的结构。即用激光脉冲照射半导体碳纳米管样品,从而激发碳管中的相干声子,相干声子的振动反过来又引起半导体碳管能隙随之振动。通过测定透射光强随时间的变化,就可以得到碳管中相干声子的振动信息。我们用紧束缚分子动力学方法模拟研究了半导体碳纳米管中的相干声子激发,以及它们与电子能带隙的关系,计算结果可帮助人们更好地理解有关实验观测结果。值得一提的是,我们结果中关于不同类型半导体碳纳米管中的呼吸模声子行为与实验上的观测结果相一致。除此之外,在我们的数值模拟中,也发现了被激发的纵向光学模(LO)声子,也与实验测相符。最后,我们在非zigzag半导体碳纳米管中还发现了一个振幅很小的横向光学模(TO),我们希望在未来更精确的实验中能够测到这个声子模式。在第五章中,我们主要讨论了碳纳米管能被超长拉伸的微观机理。实验上,在2000K的高温下人们实现了把单壁碳管拉长280%的超长拉伸,引起了人们的极大兴趣。目前已有的研究表明Stone-Wales缺陷的产生以及分离出的5-7缺陷在管壁上的滑移是碳管超长拉伸的可能机制之一。Ding Feng等人就用单Stone-Wales缺陷机制很好地模拟了碳纳米管的超长拉伸过程。我们注意到,实验上在碳管超长拉伸过程中观测到了少量的扭结,但并没有明确缺陷的个数,所以在超长拉伸过程中产生少量的Stone-Wales缺陷也是合理的。因此,我们在模拟中提出了一个最简单的碳管多缺陷超长拉伸机制,即在拉伸碳管过程中可以同时产生2个Stone-Wales缺陷。与Ding Feng等人的单Stone-Wales缺陷机制不同之处在于：1)由于产生了2个Stone-Wales缺陷,所以与单Stone-Wales缺陷情况相比,可以更加容易地把碳管拉伸得长一些。2)由于有两个Stone-Wales缺陷,因此碳管中有4个5-7缺陷分离出来并沿管壁滑移,可以比单Stone-Wales缺陷更快地降低系统的伸张能。3)双Stone-Wales缺陷机制下5-7缺陷会相互碰撞产生新的缺陷,新缺陷的演化与5-7缺陷在管壁上的滑移一起促进了碳管的超长拉伸。我们的研究结果表明：在碳管超范性拉伸中,少量存在的缺陷及其在碳管中的滑移也是碳管超长拉伸的可能机制之一。总之,我们的分子动力学数值模拟结果有助于人们更好地理解有关的实验,对实验上制备新的管状纳米材料有所帮助。例如,我们的关于金纳米管在碳管中生长过程的研究,可以为实验上合成金纳米管提供一条比较可行的途径,同时也对制备其它管状纳米材料提供了一些参考。