由于碳纳米结构的奇特性和多样性,以及所表现出来的各种独特的物理和化学性质,使其成为纳米尺度科学和技术中十分重要的研究对象,并可用来制备多种具有特殊性质的新型功能材料以及未来的纳米电子学器件和纳米机械部件。碳纳米管传输荷能粒子在碳纳米结构研究中不仅是一个具有重要基础科学意义的问题,而且还是一个具有前瞻应用的问题。本论文围绕粒子的质量数,核电荷数以及入射粒子与碳纳米管中的碳原子的成键效应对碳纳米管传输荷能粒子的影响,应用蒙特卡洛方法和分子动力学模拟方法进行了探索性的研究。　　 碳纳米管传输荷能粒子的实验研究,目前由于实验条件的限制,尚处于一个初始阶段,而理论和计算机模拟研究也处于探索阶段,理论上的解析方法研究已经被计算机模拟研究逐步取代。蒙特卡洛模拟方法广泛应用于粒子碰撞的计算机模拟研究领域,本论文首先应用蒙特卡洛方法,基于具有不同质量的粒子和赝粒子在不同的能量条件下,考察了入射单壁碳纳米管时的退道几率和入射角度之间的关系。结果显示,随着入射角度的增加,入射粒子的退道几率在一个特定的角度存在突变,不同的入射粒子的退道几率随入射角度的变化有着类似的趋势。初步揭示了低能粒子入射在碳纳米管中传输的退道临界角Ψc与入射粒子的的质量数M以及核电荷数Z满足关系式Ψc∝(Z/M)1/2。在模拟结果的基础上,论文从Lindhard的晶体沟道中的临界角公式出发,在提出了适用于低能粒子在单壁碳管中传输的沟道临界角公式=(Z/M)1/2(2mz/d)1/2 eE-1/2,此部分工作已经正式发表在JPCC和NIMB等国际上该领域的重要杂志上。　　 论文还对四种惰性气体原子在碳管中的传输过程用经典分子动力学方法进行了模拟研究。相比于蒙特卡洛方法,分子动力学方法描述了真实的动力学过程并且能够得到更多的动力学信息。研究结果表明,具有不同质量数和核电荷数的粒子在低能条件下入射单壁碳纳米管时,其退道临界角同样与(Z/M)1/2成正比,验证了我们推导出的低能粒子在碳纳米管传输中的沟道临界角公式的正确性,说明入射粒子的质量是影响碳管传输粒子的重要因素,此结论得到了国内外同行的重视。　　 最后,论文应用分子动力学方法,研究了成键相互作用对于单壁碳纳米管传输低能粒子时的影响。研究结果表明,入射原子和碳纳米管上的碳原子的成键效应会明显降低其退道几率,进而导致了具有成键相互作用这种化学效应的粒子入射单壁碳管时显示出更大的退道临界角。对两种相互作用势曲线的研究表明,具有成键效应的相互作用势曲线相对于纯粹的普适排斥势曲线在原子间距为1(A)附近更加陡峭,排斥力曲线外推,导致入射粒子与碳管的碰撞更"温和",能够在碳管中传输的距离更长,说明在考虑可以和碳原子成键的原子(如C,B,N,Si等)在碳管中的传输过程时,成键效应或者说化学效应是不可忽略的,此结论得到了相关领域专家的认可。