对形变碳纳米管(CNTs)的研究，包括研究其在应力存在下的结构演化、应力对其各种光电性质及电子能带结构的影响等，不仅对CNTs在复合材料、纳电子和纳机电器件、以及应力传感器等中的应用具有重要意义，还对相关理论的发展有巨大推动作用。本论文发展了对表面上单壁碳纳米管(SWNTs)的原子力显微术(AFM)可控操纵方法，基于此可控操纵，研究了CNTs在弯曲形变下的屈曲行为，以及SWNTs在扭转和拉伸形变下的共振Raman光谱特征。主要成果包括： 1．发展了对表面上SWNT的AFM可控操纵方法。在AFM操纵中，通过选择合适的针尖路径和操纵点位置，优化针尖下压距离等，可以向SWNT中引入各种形变；发明了基于Si的AFM氧化的SWNT纳米焊接术，SWNT的存在，可以增强Si的AFM氧化，利用AFM氧化基底Si产生的SiO<,x>对SWNT的包覆，可将SWNT在任意所需位点固定到基底上，对SWNT的纳米焊接，可以使AFM操纵引入的形变的大小和分布被有效地控制；通过控制AFM氧化条件，实现了对SWNT的切割，结合AFM操纵、焊接以及切割，构筑了各种复杂形状的SWNTs，体现了AFM作为纳米工具箱的作用。 2．研究了CNTs在弯曲形变下的屈曲行为。利用AFM操纵对同一CNT地可控弯曲，获得了一系列弯曲角度逐渐增大的CNT。通过记录弯曲部分的高度变化，发现了“突变”和“渐变”两种屈曲模式，以及临界屈曲角度随CNTs直径增大而减小的趋势。利用分子动力学方法模拟了CNTs的屈曲行为，发现“突变”和“渐变”两种屈曲模式分别主要对应于SWNTs和MWNTs，“渐变”屈曲过程对应弯曲角度逐渐增大时，多壁管从最外层到最内层的逐渐屈曲，和各管层屈曲程度的逐渐增加。通过对两种屈曲模式形成机理地探讨，发现MWNTs的多层结构是导致其“渐变”屈曲的主要原因，预测了CNTs屈曲行为中的双尺寸效应。分子动力学模拟还证明了基底的范德华作用对CNTs屈曲行为无明显影响。 3．研究了扭转和拉伸形变下单根SWNTs的共振Raman光谱行为。通过AFM操纵向超长SWNT中引入了扭转和拉伸形变，发现扭转形变使(ORBM蓝移，位于～1600 cm<-1>的G<+>(E<,2(g)>)模振动频率发生较大的红移，其他G模振动频率轻微蓝移，拉伸形变下，RBM和G<+>(E<,2(g)>)模振动频率不变，其他G模红移；两种形变存在下，SWNTs的共振：Raman活性模的强度会发生明显变化，从此变化，可以计算形变对SWNTs电子跃迁能的影响方向和大小；某些情况下，扭转形变还会导致Raman模的分裂或新模的出现；不同Raman活性模对形变的敏感度不同，对扭转形变，RBM和G<+>(E<,2(g)>)模比其他G模更敏感，而对拉伸形变，其他G模却具有更高的敏感度；通过对SWNTs中形变量大小和Raman频率对形变变化率dω/dε鱼计算，发现RBM振动频率对扭转形变的变化率dωRBM)/dε<,t>，随SWNTs手性角的增大几乎线性增大。 4．分析了超长SWNT中，AFM操纵引入的应力的传输和分布，发现AFM操纵后，应力沿SWNT管轴呈“∧”形分布，分布的各特征量，如应力的最远传输距离、最大应力点的位置和最大应力值、应力线性分布的斜率等，决定于AFM针尖施加到SWNT的力的大小、SWNT的剪切模量或弹性模量、以及SWNT与基底间摩擦力的大小；通过控制AFM操纵和采用图案化基底，对SWNT中应力的大小及分布进行了调控；通过比较不同SWNTs的应力分布特征量，研究比较了它们的各力学参量，如剪切模量、杨氏模量，以及与基底间摩擦力的相对大小。