摘要：本文结合密度泛函理论,紧束缚理论及非平衡格林函数输运理论,研究了石墨烯材料的改性及其功能器件的计算设计。着重研究了Zigzag边缘六边形孔洞石墨烯(GALs with Zigzag-edged Hexagonal Antidots, ZH-GALs)的带隙开闭规律,并模拟了石墨烯纳米孔DNA传感器件的输运性质。本文研究发现了ZH-GALs带隙闭合与打开的一般规律。使用参数｛[m1,n1],[m2,n2]｝描述石墨烯超晶格结构,得到了一些以往研究中未被发现的构型。发现可以根据反点间相对位置将所有量子反点分为三类。有趣的是,只有在这三类量子反点的数目不等时,ZH-GALs出现较大带隙。同时,也发现ZH-GALs的打开与闭合主要由谷间散射决定。上述研究结果提供了一条途径来预测GALs的电学性质,有助于设计获得具有指定带隙的GALs,这对设计基于此类GALs的半导体与光电子器件具有重要意义。本文设计并模拟了一种石墨烯基的DNA分子传感器件,该器件由石墨烯纳米带电极和具有纳米孔的石墨带组成。研究发现,利用此类纳米孔石墨烯器件横向电流变化信息,可以较好地区分DNA的4种碱基分子。同时,器件横向电流对进入纳米孔碱基的构象敏感,需要在同一构象下,横向电流对不同碱基分子才有区分度。通过对透射谱和前线轨道能量的分析,发现器件本身的输运通道对横向电流变化起主要贡献,基于器件-分子-器件的隧穿电流的影响可以忽略。还发现碱基分子对器件输运轨道的影响是长程的,碱基分子在距离纳米孔较远时仍能有效影响电流。因此,此类器件用于检测碱基短链时,需要考虑多层碱基的影响。