独特的结构使碳纳米管成为一种具备众多优异性能的奇妙材料。然而,在碳纳米管的生长和利用过程中,屈曲和异构现象难以避免。本文围绕屈曲与异构碳纳米管的力学和电学特性开展了理论研究,并对其可能的应用作了探索。本文提出了基于非线性弹簧模型的原子尺度有限元方法。采用该方法对单壁碳纳米管的杨氏模量、剪切模量,以及固有频率等基本力学参数进行了计算。讨论了单壁碳纳米管在轴向压缩、扭转以及弯曲三种简单加载方式下的屈曲形貌及其能量的变化规律。运用分子动力学方法对7-5-5-7缺陷的碳纳米管轴向压缩屈曲特性做了研究,讨论了缺陷局部结构的重构,直径的大小,以及缺陷取向角度对临界压缩应变量和初始屈曲形成位置的影响规律,结果显示该缺陷会使碳纳米管的临界屈曲应变量相对于无缺陷碳纳米管降低11.4％。研究并比较了不同加载方式下碳纳米管屈曲过程中的固有频率和层间范德华势能的不同变化规律,分析了温度和层间距离的变化对双壁碳纳米管层间范德华势能的影响规律。基于泛函密度理论,研究了电场作用下碳纳米管及其分子结的力学变形与电子结构的变化规律。从理论上预测了横向电场中碳纳米管截面的椭圆形变形,指出了碳纳米管的这种变形主要是由二面角的改变来完成的,并进一步研究了电场强度、方向、碳纳米管直径大小等因素对这种变形的影响规律。比较了金属一半导体的碳纳米管分子结在不同方向的轴向电场中电子结构变化的异同,讨论了在横向电场作用下其电子结构的变化规律。对弯曲屈曲的碳纳米管用于管内物质传输的可行性做了理论研究,结果发现管内物质与屈曲碳纳米管之间的范德华力可以用于原子、小分子,以及原子团的传输,讨论了温度以及被传输物质的质量对传输效果的影响规律。提出了利用异构碳纳米管设计纳米传动机械的构想。设计了由“T”型、“I”型,以及“Q”型碳纳米管所构建的纳米尺度转动-平动的传动机构,模拟结果显示该机构的工作温度可低至10 K而高至1000 K,并且在109 rps的转速下仍然可以平稳运转。