作为最有前景低维材料之一的纳米管具有特殊的结构；奇异的力学性能；电学性能和热力学性能,引起研究者的广泛关注。本论文采用基于第一性原理的SIESTA软件,对纳米管和氢原子化学吸附后的纳米管的结构,力学,电子结构和热力学进行了计算分析。计算主要包括两部分：第一部分主要研究氢原子吸附在锯齿型(zigzag)碳纳米管外壁,所能形成的稳定构型,并对吸附后的构型的电子结构和力学性能进行了分析；第二部分主要对扶手椅(armchair)和锯齿型,这两种类型的硼纳米管进行了计算。硼纳米管和碳纳米管相比,硼纳米管的稳定性是研究关注的重点。运用分子动力学,我们对硼纳米管的热稳定性进行了预测,并对其热膨胀性能进行了分析。对于氢原子吸附在碳纳米管的构型的研究。首先我们分析了不同覆盖率下,三种吸附方式的相对稳定性。从能量的计算结果分析可知,形成吸附双聚合(double-dimer)构型的稳定性最好。在这一吸附方式下,我们对碳管(7,0)到(11,0)的吸附构型进行了研究。发现在氢原子的覆盖率x=n-8/n×100%(n为被吸附的碳管晶胞的原子数)时,存在两种类型即类型A和类型B的结构转变,类型A只存在于(7,0)和(8,0)碳管上,类型B则发生在(8,0),(9,0),(10,0)和(11,0)的碳管上这两种转变的构型比相同吸附率下的别的构型稳定。对于类型B的构型,沿着轴向,sp3杂化在所有的位置都得到了增强,而对于类型A的构型,在轴向吸附氢原子的位置,倾向于sp3杂化。当类型A转变发生时,吸附的碳管会从半导体性转变成金属性。而类型B的吸附构型会从金属性转变为半导体性,或者从窄带隙的半导体转变成宽带隙的半导体,而且类型B构型的带隙数值比覆盖率达到100%的构型的带隙还要大。对这两种转变的电荷密度计算表明,他们的电荷转移只发生在没有氢原子吸附的C-C键的位置。电荷的转移和所在位置的C-C键的键长有很大关系。键长减小对应着电荷密度的增加,反之,则减小吸附后碳管的杨氏模量的数值随着氢覆盖率的增加而逐步的减少,杨氏模量的数值在覆盖率为50%时,大约是未吸附前一半；而在覆盖率为100%时,其数值仅是未吸附前的三分之一。在同一覆盖率下,类型A构型的杨氏模量数值比同一吸附率下的其他构型的数值要大,说明类型A转变,一定程度上提高了杨氏模量数值。总体来说,类型B构型比同一吸附率下的其他构型的杨氏模量的数值略小。比如类型A和类型B在碳管(8,0)的构型的杨氏模量分别为400.63和358.53GPa,而相同吸附率下其他构型的数值在370 GPa左右。我们对目前理论得到的最稳定的硼的平面结构α单层(α-sheet)卷曲形成的硼纳米管进行了计算。硼纳米管的形变能随着管径的增大而减小。而径向拉伸的作用下的形变能随着Z轴施加应变的增大而增大。扶手椅型的硼纳米管的稳定性比锯齿型的更好一些。在采用壳层厚度为0.244 nm时,直径为0.65到1.96 nm的范围内的硼纳米管的杨氏模量在0.52到0.63 TPa之间。锯齿型硼纳米管的杨氏模量比扶手椅型纳米管的数值要大15%左右,两种类型的纳米管的杨氏数值随着管径的增大,表现出先增大后减小的趋势。在1.14-1.40 nm直径的范围,两种类型的杨氏数值得到最优值。两种类型的泊松比,在0.16-0.20之间。通过分子动力学的研究,我们对硼纳米管的热稳定性进行了预测,硼纳米管在1000K以下保持稳定,而且小管径的硼纳米管具有更好热稳定性。两种类型的硼纳米管的热膨胀系数,在低温区显示为负值,随着温度的升高,热膨胀系数从负值变为正值。这和碳管的热膨胀系数的变化趋势是一样的。以硼纳米管(4,0)为例,在200K左右,热膨胀系数达到最小值-2.09×10-5K-1,在440K的温度点,α为零,此时,碳管的长度达到了最小值,但温度继续升高到770K时,硼纳米管的长度达到了OK时的长度。此后,其长度随着温度的继续升高而处于热膨胀的状态。硼六边形中心的硼原子低温下明显的横向振动模式,可能是造成硼纳米管具有负膨胀性质的主要原因。小管径的硼纳米管具有优良的负膨胀性能,具有很高的应用前景。