碳纳米管作为准一维的纳米材料,具有独特的性质和广阔的应用前景。操控单根碳纳米管,并对其本征性质进行研究,在基础和应用研究中都起着比较关键的作用。在单根碳纳米管研究中,器件的可控制备一直是很大的挑战。方便,灵活,快速地操控单根碳纳米管,构建新颖的器件结构仍然面临很多挑战。本文发展了一套在普通光学显微镜下操纵单根碳纳米管进行定点转移组装的方法,单根碳纳米管可以被转移到AFM针尖上,可以实现碳纳米管内外壁做为轴的纳米马达等结构。基于新发展的操控技术,我们设计并实现了可同时用于TEM电子衍射确定碳纳米管手性的电学,光学以及热学测量器件。我们研究了脉冲激光激发下碳纳米管的电声弛豫,观测到了疑似暗激子和声子边带激发,以及非平衡态声子弛豫过程。测量了单根碳纳米管的热导率和热电系数,在350K下10um的碳纳米管上测到了高达6000 W/8)?K的热导率和高达620uV/K的热电势。我们还发现并表征了碳纳米管对静电的灵敏响应,据此提出并研究了一系列碳纳米管做静电感测的应用,例如静电计,静电探针,表面静电分布显微镜,其具有灵敏度高,响应快,非破坏性测量等优势。还可以应用在触控屏上,实现悬停距离上的精确分辨,并同时实现“悬停+触摸”的触控操作,扩展人机交互的方式,并且完全与柔性电子学兼容。我们将碳纳米管应用于构建纳米机械振子器件,研究了其中的耦合效应。利用参量激发实现了振子模式之间线性强耦合,耦合强度比其他振子体系中大2到3个数量级。实现了振子相干声子态和态之间的拉比振荡。得到了~250000的协同系数。此外,在串联振子之间测到了谐振模式强耦合,这是首次在碳纳米管振子中实现非局域的声子态耦合。进一步,我们实现了GHz的纳米机械振子。通过独特的自对准器件结构和碳纳米管预加载张力,同时实现了多个方面的优良性能:单模;高频,2-3GHz;高品质因子,30000;高可调性,电调谐系数达80-110MHz/V,高于目前记录的2-3倍。建模指出预置张力可以同时提高谐振频率和调谐性能。最大的线性调谐系数可由预加载合适的张力获得。综合性能优化的高频振子在基态冷却,量子操纵,通信NEMS器件等方面都会有优异表现。总之,本论文从单根碳纳米管的操控,物性,器件应用三个层次进行了研究,取得了一些进展。希望可以为推动碳纳米管的基础性质及实际应用研究做出贡献。