针对碳纳米管的物理性质及其能带调控,本论文利用了基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了碳纳米管在不同调控手段下的物理性质的变化,为今后碳纳米管的实际应用提供了理论依据,主要研究内容和结果如下:(一)利用管与管的相互作用对碳管的能带调控,分别研究了两根金属类型手性分别为(3,3)、(5,5)、(7,7),及两根半导体类型手性为(8,0)、(10,0)的碳管。结果表明,两根半导体类型的碳管的距离接近到一定值以后,会转变为金属类型的碳管;另外,两根金属类型的碳管的距离接近到一定值以后,会转变为半导体类型的碳管。(二)利用电场、应变以及同时施加电场和应变对碳管进行调制,研究对象是手性为(8,0)和(10,0)的半导体类型的碳管。外加电场的结果表明:第一,当电场到达临界点以前,带隙几乎不变,到临界点1.1 V/?附近,带隙骤降,在临界点,碳管会发生金属-半导体转变,过了临界点,碳管的形状会稍微变扁;第二,两根管相对单根管更容易发生金属-半导体转变;第三,直径小的碳管相对直径大的碳管更容易发生金属-半导体转变。施加应变的结果表明,当压变达到4%时,手性为(8,0)的碳管的能带带隙会达到极大值,而且可以将半导体类型的碳管的带隙进行调节,也可以将半导体类型的碳管调制为金属类型的碳管。还发现手性为(8,0)和(10,0)的半导体类型的碳管对应变的响应是相反的。同时外加电场和应变的结果表明,外加电场和力场使金属-半导体转变的应变临界值和电场临界值均有降低的趋势,另外发现力场对碳管能带的调控力度比电场大。(三)利用分子修饰对碳管进行调制,研究对象为手性为(8,0)、(10,0)的半导体类型的碳管和手性为(6,6)的金属类型的碳管,选用分子为叠氮基二氯三嗪分子,选用原因是吸附方式是共价吸附,并且不破坏碳管的sp~2结构。结果表明,当叠氮基二氯三嗪分子吸附在手性为(8,0)的半导体类型的碳管后,体系的能带带隙会根据吸附位置相对原始碳管的会变大或者变小;而吸附在手性为(6,6)的金属类型的碳管后,体系会根据吸附位置转变为半导体类型的碳管或者其金属性会减弱。另外发现体系的费米能级和吸收系数随吸附浓度的增大而变大。最后发现叠氮基二氯三嗪分子吸附在手性为(n,0)的碳管上,吸附在与管轴成60°角的两个碳原子之间的桥位相对稳定,而吸附在手性为(n,n)的碳管上,吸附在与管轴垂直的两个碳原子之间的桥位相对稳定。