纳米电机是纳机电系统(NEMS)中不可缺少的动力部件,其应用遍及各个领域。虽然近些年来人们对纳米电机(纳米马达)进行不断的研究,但大多是研究在非溶液环境下纳米电机的运动方式、驱动方式、组装方式等,对于溶液环境中能够高速旋转、简易组装的纳米电机研究非常少。本文是基于旋转电场的诱导下,悬浮在水溶液中的碳纳米管可以借助于水分子偶极矩的方向发生旋转的原理,构建可以在溶液中工作的纳米电机系统和纳米齿轮传动系统。本文使用分子动力学(MD)的方法,研究在旋转电场诱导下纳米旋转电机的旋转特性(电机的转角,转速,周期等),主要从以下几个方面(电机转子的半径、长度、结构夹角、形状)进行分析研究,具体工作如下:(1)研究了长度为7 nm,手性为(8,8)、(10,10)、(12,12)、(14,14)、(16,16)不同半径的I型纳米电机系统。结果表明:当旋转电场转速合适时,通过增大纳米电机转子的半径一方面可以使得纳米电机转子在最短时间内可以与旋转电场的步调保持一致,另一方面还可以提高电机转子周围水分子的取向程度,保证电机转子在短时间内获得水分子偶极矩的驱动。(2)研究了4 nm、7 nm、10 nm、13 nm、15 nm的I型纳米电机转子系统。结果表明:在适当的电场速度下,增加电机转子长度可以减小电机转子的滞后角,使纳米电机的速度在短的时间内与水分子的偶极矩方向一致。然而,过长的纳米电机转子不仅加大纳米电机转子与水溶液之间的摩擦磨损,还使电机转子本身的惯性矩增加。(3)构建了结构夹角为90?、100?、120?、130?、150?的Y型纳米电机系统。结果表明:改变Y型结构夹角可以使纳米电机转子在旋转过程中尽快跟上水分子偶极的步调,使得纳米电机转子在短时间内可以与旋转电场的转角保持一致。(4)构建了不同形状结构(“I”、“T”、“Y”、“+”)的纳米电机转子。结果表明:I型纳米电机转子的旋转性能比较好。对于T型和Y型纳米电机转子相对于+型转子,具有良好的旋转性能。这两种形状的纳米电机转子对于复杂结构纳米旋转设备的研究有着重要参考价值。(5)基于(1)-(4)所建立的纳米电机系统分别构建相对应的纳米齿轮传动系统,并对所建立的纳米齿轮体系旋转性能的变化进行分析。