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自从1991年碳纳米管首次被发现以来,人们发现碳纳米管具有管状结构、小尺度、高硬度和优良的电学、力学等特性;碳纳米管还具有高的比表面积,被预言是一种良好的吸附材料。此外,人们利用其独特的胶囊状结构,在碳纳米管中填充了各种物质,以制备不同功能的杂化材料(hybrid materials),其中就包括填充金属粒子,比如Cu、Pb、Fe、Hg等。目前实验已成功实现对金属材料的填充,理论预期金属组装进碳纳米管将有很多优异特性:延缓金属氧化;制备高效率、多功能的催化剂;获得特殊电、磁、力、热学性能的复合材料等。实际上,这种杂化材料界面间相互作用会影响其结构组态,从而反映出不同的物理性能。因此,本论文利用分子动力学模拟方法,通过对系统逐步退火,研究了金在(n,n)单壁碳纳米管(SWCNT)内的结构特性,并探讨了其结构形成的机理。本工作采用Tersoff-Brenner多体势描述碳-碳原子间的相互作用,Lennard-Jones长程势描述碳-金原子间的相互作用,Finnis-Sinclair二阶矩紧束缚多体势模型描述金-金原子间的相互作用。本文首先模拟研究了在填充金原子数目相同(N=306和N=600)的条件下,其形成结构对碳管(n＜20)径向尺寸的依赖关系。发现金原子在碳管内形成与其体结构完全不同的螺旋状层形纳米线结构;随着管径的增大,这种层形结构的层数随之增加。研究表明其层间距与金-碳以及金-金原子间相互作用密切相关。最外层金原子与碳管壁之间的距离略大于0.3纳米,正处于C-Au的L-J势的阱深范围,此时碳原子和金纳米线之间的相互作用力最小;内层的层间距则从0.208纳米到0.233纳米之间不等;金纳米线内最近邻原子间距的计算值约为0.287纳米,和其fcc体结构的第一近邻距离(0.288纳米)非常接近。随后我们研究了填充金原子数目对结构的影响(N∈[55,600])。研究表明,对于小管,如n=8、10、12,不管填充原子数为多少,金纳米线的结构始终为螺旋状层形,与满填充下的结构一致;由于管的限制作用,原子数的增加仅使填充物沿轴向纵向生长。而对于稍大管,如n=14、16、18,随着填充金原子数目的减少,金的最终结构则从先前的螺旋状层形结构过渡到类似其体状的fcc结构。为了进一步揭示这种结构过渡的发生机理,我们研究了固定金原子数(N=306)在更大管径(n＞20)的SWCNT中的填充情况。发现,当管径增大时,填充金主要形成fcc结构。我们进而把管径外推到了无限大的情况,即金在单层石墨层(graphene)上的吸附。多次计算实例表明,填充Au最终结构是良好的fcc结构。这表明,存在金-碳间界面作用与金-金间体作用的竞争,这种竞争导致不同结构的形成。我们的研究结果表明,填充金属的结构特征主要取决于两个因素:SWCNT的管径和填充金属原子的数目。