金属填充碳纳米管复合结构由于其优异的物理力学性能而在纳米元器件中有着广泛的应用前景。力学特性作为金属填充碳纳米管复合结构最基本的属性,其决定了材料的变形行为和结构的稳定性,同时也对基于金属填充碳纳米管复合结构的纳米器件的功能有着重要的影响。认识和理解金属填充碳纳米管复合结构的微结构形成机理及其与结构力学行为之间的相互依赖关系对于相关功能器件的制备和性能评估具有重要的意义。在此背景下,本文针对金属铜在碳纳米管中的结晶行为和复合结构的力学特性开展了深入的研究,主要内容包括:基于分子动力学方法研究了碳纳米管包覆铜纳米线复合结构的结晶行为和力学特性,考虑了碳纳米管壁数、横截面尺寸以及降温率的影响。结果表明由于碳纳米管与铜原子之间的范德华力作用,碳纳米管表现出模板效应,诱导铜纳米线在其表面形核,且最内层碳纳米管对模板效应起主导作用。降温过程之后,铜纳米线由若干个沿周向分布的被径向晶界分隔开的扇形晶粒组成。铜纳米线的结晶度分别随着横截面尺寸的增加和降温率的降低而提高。拉伸测试表明复合结构的强度远大于单独的多晶铜纳米,复合结构的强度随着横截面尺寸的降低而增加,并且碳纳米管在复合结构的强度上起到主导作用。基于分子动力学方法研究了孪晶铜纳米线填充碳纳米管的复合结构在拉伸载荷作用下力学特性,考察了碳纳米管、横截面尺寸和孪晶间距对其力学特性的影响。模拟结果表明,碳纳米管的存在会显著提高孪晶铜纳米线的弹性模量,但会使材料的屈服应变降低。在塑性变形阶段,复合结构的塑性变形主要是由不全位错运动所主导。碳纳米管和孪晶界的存在都将显著提高材料的流动应力。复合结构的弹性模量和极限屈服具有较强的尺寸依赖性,横截面尺寸越小,其弹性模量越大,且材料的屈服应变越大。复合结构中孪晶间距对材料的弹性模量和极限屈服应力影响较小。