硅纳米材料因其与传统的硅技术之间具有极好的兼容性，在将来的纳米电子器件和光电子器件中具有极大的应用潜力，因而备受科学家们的关注。硅纳米材料具有特异的电学、光学和力学性质，硅纳米线可作为锂电池的阳极，也可制成纳米传感器、场效应管和光电探测器等纳米器件。发展新型纳米材料与纳米器件是纳米科技的重要组成部分和目标，而研究纳米材料的力学性能和力学行为是发展纳米材料与器件必须解决的主要问题之一。所以本文采用分子模拟方法从原子尺度对硅纳米材料的力学和热学性能进行了研究，对人们进一步认识硅纳米材料的物理属性具有重要的参考价值。　　首先采用分子动力学方法研究了单晶硅纳米线的轴向压缩屈曲行为。纳米线轴向方向为[100]、[110]、[111]和[112]晶格方向，与实验合成的纳米线相同。模拟了温度、应变率和纳米线长度对纳米线屈曲行为的影响，研究结果表明临界轴向力随着温度的升高而降低，随着应变率的增加而线性增大；同时，结果表明临界轴向力随着长度的增加而降低，这与欧拉公式一致。　　其后，运用分子动力学方法研究了单晶硅纳米线的轴向拉伸和熔化性能。研究了不同横截面形状的单晶硅纳米线的轴向拉伸过程，分析了纳米线的变形机制；同纳米线轴向压缩性能相同，纳米线的轴向拉伸性能受温度和应变率影响较大；同时研究了单晶硅纳米线的包辛格效应，随着预应变的增加，反向临界应力降低，包辛格效应增强；纳米线熔化研究表明随着纳米线直径和长度的减小，纳米线表面能增加，纳米线的熔化温度降低；单晶硅纳米线的熔化热要比单晶硅晶体的熔化热低，随着单晶硅纳米线直径和长度的增大而增加；同时研究了单晶硅纳米线的熔化过程。　　接着本文运用分子动力学方法研究了单晶/无定形硅核壳纳米线的力学性能。当在轴向拉伸和压缩载荷作用时，单晶/无定形硅核壳纳米线的杨氏模量随着单晶硅核半径的增加而增大，随着无定形硅壳的厚度的增加而减少，但是临界应变不受单晶硅核半径和无定形硅壳厚度的影响。当在扭转和弯曲载荷作用时，单晶/无定形硅核壳纳米线扭转刚度和弯曲刚度都随着无定形硅壳的厚度的增加而增大，随着单晶硅核的半径的增加而增大，同时，临界扭转角随着无定形硅壳的厚度和单晶硅核半径的增加而迅速降低，然而临界弯曲角度并不依赖于纳米线的单晶硅核半径和无定形硅壳厚度。这些研究结果表明无定形硅壳对单晶/无定形硅核壳纳米线在外部载荷作用下的力学性能有着重要的影响。　　最后，本文对单晶硅体和石墨烯的杨氏模量采用第一性原理和Stillinger-Weber、Tersoff以及MEAM进行了计算。结果表明：1992年MEAM势函数和2005年Tersoff势函数可以较准确的描述单晶硅体的力学性能，REBO势函数可以较准确地描述石墨烯的力学性能；采用较准确的势函数研究了硅纳米薄膜、硅纳米薄膜/石墨烯和石墨烯/硅纳米薄膜/石墨烯复合材料的力学性能，结果表明石墨烯可以增强硅纳米薄膜的力学性能，但随着薄膜厚度的增加，增强效果减弱；同时给出了硅纳米薄膜/石墨烯复合材料的拉伸破坏过程。同样通过对单晶硅体和石墨烯的热传导率的计算，发现1992年的MEAM势函数和2010年的Tersoff势函数分别可以较准确的描述单晶硅体和石墨烯的热传导性能；同时研究发现，在模拟的长度范围内，石墨烯可以增强硅纳米薄膜的热传导性能。