一维铜(Cu)纳米材料具有丰富的结构和形貌,优异的电学、力学、光学和场发射性能,在柔性透明电极、太阳能电池、超大规模集成电路、场发射显示器和催化等领域具有广阔应用前景,备受研究人员关注。深入探索一维Cu纳米材料微观结构与物理性能之间的关系,对纳米功能材料和纳米电子器件的设计意义深远。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,以不同结构、形貌的一维Cu纳米线和Cu纳米管作为研究对象,对其结构、稳定性和电子性质进行详细研究,主要得到如下结论:(1)以Cu5-1纳米线和Cu6-1纳米线为基础,系统的研究了纯Cu纳米线、含有缺陷的Cu纳米线以及BeO纳米管包裹的Cu纳米线的结构和电子性质。结果表明:优化后的Cu5-1纳米线和Cu6-1纳米线量子电导分别为5G0和6G0。CO分子、O原子和Cu原子在纳米线上的最稳定吸附位分别为顶位、中心位和桥位2。吸附CO后,Cu5-1纳米线的量子电导仍为5G0,但Cu6-1纳米线的量子电导由6G0减小为5G0。吸附O原子或表面存在单空位缺陷都会减小纳米线的量子电导。而额外吸附一个Cu原子并没有减小量子电导。CO与Cu纳米线的相互作用机制符合Blyholder模型,归因于从CO到Cu原子σ电子的赠予和从Cu-3d轨道到CO分子π电子的反馈。(12,0)BeO纳米管和(13,0)BeO纳米管分别是Cu5-1纳米线和Cu6-1纳米线的最佳包覆结构。Cu5-1@(12,0)和Cu6-1@(13,0)复合结构以稳定的传导特性和良好的抗氧化性,有望应用在超大规模集成电路和纳米电子器件中。(2)系统的研究了 CO掺杂的链状Cu纳米线在拉伸应变下的结构、稳定性和电子性质。在轻微压缩和拉伸量较小时,桥位掺杂结构稳定,随着拉伸应变量增大,纳米线经历了从桥位掺杂结构→斜桥位掺杂结构→取代位掺杂结构的演变过程,直至断裂。CO与链状Cu纳米线的相互作用机制也符合Blyholder模型。系统的研究了氢掺杂的链状Cu纳米线和纳米接触在拉伸应变下的结构、稳定性和电子性质。在轻微压缩和拉伸量较小时,H/Cu纳米线的桥位掺杂结构稳定,随着拉伸应变量增大,结构从桥位演变为取代位,直至断裂。掺杂H原子增强了链状Cu纳米线在拉伸状态下的稳定性。证实了轻掺杂是链状金属纳米线中异常长化学键存在的原因之一。H原子掺杂后,在纳米线中形成较强的Cu-H键,同时增强了距离H原子较近的Cu-Cu键,因此H/Cu纳米线在拉伸过程中是从距离H原子较远的Cu-Cu键处断裂。在H/Cu纳米接触中,单原子链部分的Cu-Cu键比H-Cu键和Cu-电极键弱,因此纳米接触被拉伸时,是从单原子链中的Cu-Cu键处断裂。H杂质的出现,形成了强的杂质-金属键,增加了纳米接触的稳定性。H杂质还会影响纳米接触的传导性能。H2分子在Cu纳米接触中的最稳定掺杂位是非嵌入平行位。优化后的H2/Cu纳米接触中,只有嵌入平行位掺杂结构的H2分子仍保持着分子特性,而其它三种掺杂结构的H2分子都被解离成两个H原子。(3)系统的研究了"之"字形(n,0)单壁碳纳米管包裹CuN纳米线复合系统的结构和电子性质。结果表明:在(6,0)碳纳米管中,Cu原子在纳米管轴线处形成直链。在(7,0)和(8,0)碳纳米管中,Cu原子形成"之"字形原子链。Cu16@(10,0)复合结构,其量子电导与相应孤立纳米线的量子电导一致,均为3G0,同时,(10,0)碳纳米管具有较大的带隙,化学惰性好,在复合结构中可以作为内部Cu纳米线的保护壳,防止Cu纳米线被氧化。可以推测:Cu16@(10,0)复合结构以其良好的稳定性和传导特性,有望应用在纳米电子器件中。Cu2@(7,0)复合结构内部Cu原子出现二聚化畸变,产生了 0.59μB的净磁矩,这个磁矩主要源自于内部的Cu纳米线。(4)系统的研究了3≤n≤6，n/2≤m≤n的超细单壁Cu(n，m)纳米管的结构和电子性质。结果表明:由于纳米管的曲率效应,绕纳米管圆周方向的Cu-Cu键强度减弱,与优化前的结构参数相比,优化后纳米管的直径增大,而轴向晶胞长度减小。结合能分析表明,对无限长孤立Cu纳米管,Cu(4,3)和Cu(5,5)纳米管比相邻的其它纳米管稳定性强。弦张力分析表明,对尖端悬挂Cu纳米管,Cu(4,3)和Cu(6,4)纳米管是可长程存在的两个"幻数"结构。单壁Cu(n,m)纳米管的量子电导与纳米管的原子结构和螺旋特性密切相关。手性Cu纳米管中存在手性电流,不同传导通道的手性电流周期和手性不同。通过纳米管的手性净电流由每个传导通道的手性电流叠加得到。我们在一维Cu纳米线和纳米管的结构、稳定性和电子性质方面取得的研究结果对Cu纳米材料的设计、实验制备及其在超大规模集成电路和纳米电子器件方面的应用提供了理论参考。