当今,二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)已经成为全球变暖、雾霾等的重要成因之一,给人类和生态系统带来了严重影响。目前在大气环境安全以及工业应用方面,对CO2和SO2检测及监测,有着较为迫切的需求和广阔的应用前景。由于在纳米管表面进行掺杂吸附等改性,可以有效地改善其物理化学性质,能够拓展纳米管材料在CO2和S02传感器研制方面的应用范畴。本文以纯态(8,0)单壁氮化硼纳米管(纯态BNNT)为主导,采用第一性原理计算方法,重点开展纯态BNNT、掺杂的BNNT以及掺杂后吸附C02及S02的几何结构优化、电学特性及光学特性等方面的研究,为氮化硼纳米管材料在工业应用气体检测传感器的研制提供理论分析参考,主要内容及结论如下:(1)针对纯态BNNT和改性的BNNT几何结构的研究,将纯态BNNT、Al和Si分别掺杂B位和N位及其分别吸附C02和S02分子的BNNT几何结构进行了优化,验证了本文所建模型结构的合理性和计算方法的正确性。同时,计算了CO2和SO2分子分别吸附在Al和Si掺杂的纯态BNNT上的结合能,计算表明,该吸附过程均为放热过程,且气体分子吸附于B位被取代的BNNT结构上更稳定一些。(2)针对纯态BNNT和改性的BNNT的电学特性,开展了能带结构、带隙及电子态密度研究,分析了能带结构和总态密度的变化趋势、带隙变化及杂质态的贡献来源。计算表明,两类改性的BNNT与纯BNNT的总态密度相比,均向低能区移动,并且在带隙区均明显出现少量的杂质态,带隙均变小,掺杂N位的BNNT比掺杂B位的BNNT变化更为明显;对于Al掺杂后吸附CO2的BNNT的杂质态贡献来源,主要是由C的2p态杂化了少量的O的2p态和少量的A1的3p态所致;对于Si掺杂后吸附S02的BNNT的杂质态贡献来源,主要是由S的3p态杂化了少量的O的2p态和少量的Si的3p态所致。(3)针对纯态BNNT和改性的BNNT的光学特性,开展复介电函数、折射率、消光系数及吸收系数相关研究。计算表明,对于Al掺杂和掺杂后吸附CO2的BNNT,与纯态BNNT相比,静态介电常数和静态折射率均有所变大;C02-AlN-BNNT和AlN-BNNT复介电函数实部的主峰均发生了轻微的红移,而C02-AlB-BNNT和AlB-BNNT则发生了轻微的蓝移;四种改性后的BNNT复介电函数虚部的主峰均发生了轻微的蓝移;消光系数的主峰和次峰均有所降低,其中,CO2-AlN-BNNT的主峰和AlN-BNNT的次峰对应降低幅度最大;此外,AlN-BNNT,AlB-BNNT和CO2-AlN-BNNT消光系数的主峰均发生了轻微的蓝移,CO2-AlB-BNNT消光系数的主峰发生了轻微的红移,而这四种改性的BNNT消光系数的次峰均发生了轻微的红移。另外,在低能区0.300~7.674eV内,与纯态BNNT相比,AlN-BNNT、CO2-AlN-BNNT和AlB-BNNT的吸收系数的吸收峰发生了轻微的蓝移,而CO2-AlB-BNNT无明显变化。同时,在7.674~35eV能量范围内,AlN-BNNT、CO2-AlN-BNNT、AlB-BNNT 和 C02-AlB-BNNT 与纯态 BNNT 相比,吸收系数对应的吸收峰都发生了红移。对于Si掺杂和掺杂后吸附S02的BNNT,与纯态BNNT相比,静态介电常数和静态折射率均有所变大;SiB-BNNT和S02-SiB-BNNT复介电函数实部的主峰发生了轻微的蓝移,而SiN-BNNT和SO2-SiN-BNNT发生了轻微的红移;SiB-BNNT、SO2-SiB-BNNT和SO2-SiN-BNNT复介电函数虚部的主峰均发生了轻微的蓝移,而SiN-BNNT发生了轻微的红移;消光系数的主峰和次峰均有所降低;SiB-BNNT和S02-SiB-BNNT消光系数的主峰均发生了轻微的蓝移,而SiN-BNNT和SO2-SiN-BNNT发生了轻微的红移;而这四种改性的BNNT消光系数的次峰均发生了 轻微的红移;在低能区域(3.500～8.500eV),SiB-BNNT、SiN-BNNT 和SO2-SiN-BNNT的吸收峰发生了轻微的红移,而SO2-SiB-BNNT的吸收峰发生了轻微的蓝移。