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氮化镓（GaN）纳米线由于具有优异的物理性质和化学稳定性高等特点,在纳米激光器、传感器、高温高功率器件等领域存在广泛的应用前景。纳米器件性能调控的关键可认为是纳米材料能带特性的调控。研究表明纳米线能带结构的调控手段主要包括掺杂、尺寸、形貌、应变、表面及界面等。如实验中通过在GaN纳米线表面沉积Pt颗粒设计了室温条件下的H2敏感器件。基于密度泛函紧束缚理论和第一性原理方法,研究了结构和金属吸附对GaN纳米线能带结构的影响,并分析了不同金属吸附对GaN纳米线敏感性能的影响机理。具体完成的研究内容及创新点归纳总结如下:1,通过密度泛函紧束缚理论（DFTB）系统地模拟了应变和截面形状对GaN纳米线电子结构的影响。由于量子限制效应,GaN纳米线的能带带隙随直径减小而增大。更重要的是,研究获得了GaN纳米线能带带隙与比表面积（Surface area to volume ratio,S/V）线性通用表达式。由于纳米线的截面形状和直径可以在实验中获得,研究结果可用于预测氮化镓纳米线的能带带隙。此外,获得了带隙与GaN纳米线中拉伸应变之间的线性关系表达式。研究结果将为氮化镓材料的能带带隙调控提供了新的设计思路,对新型纳米器件的设计具有指导意义。2,利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了立方闪锌矿/纤锌矿型（Zinc-Blend/Wurtzite,ZB/WZ）GaN超晶格纳米线的结构及其能带结构特性。结果表明由于界面处表面原子悬挂键的数量不同导致GaN超晶格纳米线的界面附近的Ga-N六元环转变成为四元环。在一定应变范围内（0-3%）,相对完美纳米线,同质ZB/WZ型界面结构对纳米线拉应变具有削弱的作用,而当拉应变大于这一临界值（3%）时,这一阻塞效应将消失。此外,研究发现一维周期超晶格纳米线和三维周期超晶格能带结构与界面组分间关系呈现不同的规律:（i）三维周期超晶格的带隙与界面组分比例成非线性函数关系,并且表现出明显的界面效应;（ii）界面组分对超晶格纳米线带隙的影响则无明显规律。这是由于纳米线大的表比面积,导致界面组分变化对超晶格纳米线电子结构影响较小。3,通过研究金属原子（如:Pt,Ag,Cu,Au）在GaN纳米线表面的微观吸附结构,提出金属原子在纳米线表面金属吸附的吸附模型。首先,通过分析四种金属在GaN纳米线上吸附结构及吸附能,获得了四种金属在GaN纳米线表面上的两个共同稳定吸附位点。分别为Ga-N六元环中心（C位点）和表面Ga-N化学键上方（B位点）。其中在C位点上具有最稳定的吸附结构。然后,通过计算并比较吸附前后GaN纳米线的态密度（density of state,DOS）,获得了不同金属原子吸附对GaN纳米线能带结构和导电性的影响。在吸附金属原子后,在GaN纳米线的禁带中出现了吸附态,纳米线能带带隙减小。最后,分析了吸附后纳米线中所有原子的bader电荷。当Pt和Au原子吸附在GaN纳米线表面时,Pt和Au原子得到电子,纳米线失去电子,GaN纳米线中载流子浓度减小,纳米线导电性减弱。吸附在GaN纳米线表面后,Pt和Au原子获得电子并表现出强还原性,表现出催化特性。当GaN纳米线的表面吸附Ag和Cu原子后,金属原子失去电子,纳米线获得电子,纳米线导电性增强。另外,在金属Pt、Au、Ag和Cu原子吸附后,纳米线表面电荷出现明显的重新分布,并且不同吸附位点的表面电荷重构程度不一样。4,根据前期研究工作中获得的GaN纳米线表面金属吸附的稳定模型,利用第一性原理方法研究了金属吸附的GaN纳米线对H2分子气敏探测机理。H2分子在Pt金属吸附的GaN纳米线的吸附能最低（-1.969eV）。吸附H2分子后GaN纳米线的带隙增大了0.7eV,表面电荷发生了显著的重构（表面电荷变化0.17e）。这意味着Pt金属吸附的GaN纳米线气敏传感器对H2分子具有较高的灵敏度。研究结果将有助于理解金属功能纳米线表面的物理特性,同时也为金属吸附提高气敏器件灵敏度的机理提供解释。通过吸附结构和吸附前后电子结构的变化,研究了金属吸附的GaN纳米线在CO探测中的潜在应用及影响机理。结果表明,表面金属吸附不仅增加了CO在纳米线表面的稳定吸附位点,还降低了CO在纳米线表面的吸附能,进而提高了GaN纳米线传感器对CO气体的灵敏度。研究也发现金属吸附结构及功能金属种类对CO在GaN纳米线表面的吸附有显著的影响,此外,研究表明吸附CO后,金属吸附GaN纳米线的DOS有了显著的变化。这意味着金属吸附增强了GaN纳米线表面电荷对CO分子的灵敏度。研究发现CO吸附对Au和Cu金属吸附的GaN纳米线的电子DOS影响最大。这意味着Au和Cu金属吸附的GaN纳米线传感器适合用于检测CO气体。