众所周知,利用碳纳米结构优异的物理化学性质,可制备多种具有特殊性质的新型功能材料以及纳米电子学器件和纳米机械部件。荷能粒子束技术因其剂量、能量高度可控,以及高准直性的特点,已成为操控和研究碳纳米结构性能的重要方法之一。本论文基于分子动力学方法,主要对离子束诱导碳纳米管的缺陷的形成和修复机理、具有局部缺陷的碳纳米管的热传输性质、轴向形变碳纳米管的热传输机理、以及离子束作用下碳纳米结构的焊接等进行了探索性研究。　　 论文首先研究了离子束与碳纳米管相互作用的动力学过程。分子动力学模拟研究荷能离子束与碳纳米管作用的动力学过程表明,碳纳米管在高温下具有较强的自修复能力。高温退火后的碳纳米管中的缺陷主要转变为非六圆环进行自修复。研究发现,离子束对碳纳米管作用形成缺陷及修复的过程在碳纳米管的结构重构中起着非常重要的作用,通过离子束诱导碳纳米管产生缺陷,我们成功地焊接了(5,5)与(5,5)的“+”和“X”型碳纳米结。研究发现碳纳米结形成的过程也是缺陷形成和修复的过程。　　 论文采用非平衡态分子动力学方法,对具有局部辐射诱导缺陷的碳纳米结的热传导性质进行了研究,探讨了有缺陷的碳纳米管热传导的特点和性质。研究中我们针对线性、“Y”型以及“X”型碳纳米结,对其热导率和质朴管的热导率进行比较分析和研究。研究结果表明,在50-500 K的温度范围内,各种碳纳米结的热导率随温度升高而增加；线性、“Y”型、“X”型碳纳米结热导率相似,显著低于相应质朴管的热导率。研究发现缺陷数目对碳纳米管热导率的降低存在一定程度的影响。研究中通过对不同碳纳米结声子谱的比较,发现碳纳米结声子谱的主峰高度相对于质朴管的声子谱主峰有所降低,声子的倒逆散射是引起热阻的主要因为。　　 论文对轴向形变的碳纳米管热传导性质进行了模拟研究,重点关注声子在碳纳米管热传导中的行为和作用。研究结果表明,碳纳米管在经过轴向形变后,其键长,键角分布变得分散,弹性系数随着管子应变长度的增加而逐渐减小。碳纳米管的热导率随其应变长度的增加先增大后减小,在L/L0=1.2(L0,L分别为碳纳米管受轴向形变前后的长度)左右达到最大值；对其声子谱的研究表明,与碳纳米管的弹性系数相对应,碳纳米管被拉伸或压缩时,声子谱主峰会发生红移或蓝移；此外,由于碳纳米管轴向形变后键长分布呈各向异性,碳纳米管经轴向压缩或拉伸后,声子谱的主峰展宽,甚至劈裂为两个峰。研究结果进一步表明,径向声子振动模式,特别是高频声子振动模式对碳纳米管的热导有主要贡献。　　 论文还对高温下平行碳纳米管的熔合进行了研究。主要研究了不同温度、手征、半径的碳纳米管的熔合过程。研究结果表明,在2500-4500 K的温度范围内,同种手性的碳纳米管都可以很好地熔合,热效应是导致碳纳米管熔合的主要因为；温度越高熔合速度越快,满足(n,m)+(n,m)→(2n,2m)的规律；在同一温度下,齿型,手性,扶手椅型碳纳米管依次更易熔合；不同手征之间的碳纳米管因原子构型不匹配而不易熔合；对于不同半径的碳纳米管,半径越小越容易熔合。