发展航天技术、探索宇宙空间不仅符合世界各国的战略需求,更是全人类科技水平与文明程度的体现。轻质高强且性能优异的碳纳米材料是未来航天材料中的最佳候选之一,并已成为航天领域的研究重点。本论文围绕碳纳米管阵列黏附材料与石墨烯透明导电薄膜,针对两者各自的实际功能,结合空间辐照环境,通过离子辐照实验与分子动力学仿真模拟计算,开展了辐照效应与机理研究。主要研究内容与成果如下:（1）采用分子动力学方法,构建石墨烯—单壁碳纳米管—石墨烯三明治结构模型,从微观角度分析了碳纳米管黏附过程,对单壁碳纳米管与基底石墨烯之间的黏附力进行模拟计算,从单壁碳纳米管形变程度、环境温度、空位缺陷尺寸与缺陷类型四个方面探究了影响单壁碳纳米管黏附力的因素。研究结果表明,单壁碳纳米管产生有效黏附力的必要条件是其形变程度超过70%,在形变程度超过这一阈值后,单壁碳纳米管的黏附力随形变程度的增加而上升。同时,其黏附力受环境温度影响较大,在300 K时达到最大值。随着空位缺陷尺寸的增加,单壁碳纳米管的黏附力呈线性下降趋势。当单壁碳纳米管的管壁上含有单空位、双空位或者S–W型缺陷时,其黏附力均会随着缺陷浓度的增加而减少。在缺陷浓度相同时,S–W型缺陷使得单壁碳纳米管黏附力下降程度最大。（2）利用化学气相沉积法制备多壁碳纳米管阵列,在此基础上进一步开展He2+辐照实验,结合多种表征检测手段,表征离子辐照前后多壁碳纳米管阵列的形貌结构,测试其黏附性能与力学性能,并从多个方面探究了产生形貌结构与性能变化的原因。研究结果表明,多壁碳纳米管阵列的形态学辐照注量阈值为1×1016cm-2,在该阈值以下,多壁碳纳米管阵列仍可保持相对完整的形貌结构,随着He2+辐照注量的增加,多壁碳纳米管的结构会从轻微损伤发展至整体结构的弯曲变形与坍塌,并产生大量无定型碳结构。同时,多壁碳纳米管阵列的黏附力也会近似线性降低。并且由于其粘弹性,瞬时模量随着He2+辐照注量的增加先增大后减小。（3）采用分子动力学方法,构建金刚石基底与多层石墨烯组成模型,通过模拟碳离子持续轰击石墨烯表面,实现了用等离子体法在石墨烯表面生长类金刚石碳薄膜的过程,并从多个方面研究了生成的类金刚石碳薄膜的质量与入射碳离子能量之间的关系,最后利用模拟所得结论与优化参数,在石墨烯透明导电薄膜表面实际制备类金刚石碳薄膜。类金刚石碳薄膜中的sp~3碳原子倾向于聚集在类金刚石碳的中间部分,这是因为中间部分能提供适当的应力,从而引起sp~2键在应力作用下转变为sp~3键。入射碳离子能量为70 e V时生成的类金刚石碳薄膜具有最高的sp~3碳原子比例分数与质量密度。入射碳离子能量为100 e V时,类金刚石碳薄膜与石墨烯之间的界面黏附质量达到最高。综合考虑各类情况,入射碳离子能量为70 e V时,可以生成最佳质量的类金刚石碳薄膜,同时还可以使之保持与石墨烯界面的良好黏附能力。随后通过实验证明了在石墨烯表面实际沉积类金刚石碳薄膜的可行性。同时也发现,随着沉积时间的增加,类金刚石碳薄膜会从小颗粒逐渐连接成大片状,其中的sp~2键碳原子数量也不断增加。（4）利用之前所得的石墨烯三明治结构模拟模型与实验样品,分别开展低能离子辐照实验与高能重离子辐照模拟工作,并从离子辐照后石墨烯的电学性能、类金刚石碳薄膜的力学性能、质量密度、sp~3碳原子的比例分数、环状结构数量以及二者的形貌结构等多个方面,综合探究了石墨烯与类金刚石碳薄膜在不同能量的离子辐照后内部缺陷演化与宏观性能变化之间的关系。低能He2+辐照会对石墨烯造成严重破坏,导致其电导率大幅下降,而类金刚石碳薄膜保护下的石墨烯电导率却下降较少。低能He2+辐照会在石墨烯中留下裂纹,也会在类金刚石碳中引起结构转变。这一转变不仅增加了类金刚石碳薄膜的瞬时模量,还能同时提高其硬度。在石墨烯上沉积类金刚石碳薄膜作为保护层只会对石墨烯造成少许损伤,而它可以为石墨烯提供强大的力学保护以抵抗外力损坏,其力学性能甚至可以通过适当通量的低能He2+辐照来增强。尽管较高sp~3分数的类金刚石碳薄膜可以作为力学性能保护层,使得石墨烯免受机械和外力破坏,但它会在高能重离子辐照时对石墨烯造成更严重的破坏。本论文的研究工作,为碳纳米管阵列黏附材料、石墨烯透明导电薄膜及其类金刚石碳薄膜保护层在空间离子辐照环境下的辐照效应与机理研究提供了重要的理论支持与实验参考,对于加快碳纳米管阵列与石墨烯透明导电薄膜在未来空间环境中取得实际应用具有非常重要的意义。