硒元素自1817年被发现以来逐渐被应用于各行各业中。硒存在多种同素异形体,从晶型上可分为晶体硒和无定形硒（非晶体硒）两大类。前人通过X射线衍射等多种研究方法对晶体硒的分子结构进行了充分研究。他们也尝试通过上述方法对无定形硒的分子结构进行研究,并提出了无定形硒分子的可能结构（分子链、分子环等）。但无定形硒由于其非晶体结构,其分子的确切结构无法通过上述方法获得,因而至今仍未能确定。近年来,无定形硒由于其独特的光敏、光电和半导体特性,在新材料领域（尤其是纳米材料和半导体材料领域）中获得了广泛的关注。此前,研究人员均是在宏观层面对无定形硒展开研究。相关研究结果为宏观层面上大量分子的平均化结果,且受分子间相互作用的影响,无法提供无定形硒分子的本征特性。为了进一步提高无定形硒新型材料的性能,需要从微观层面对其展开研究,尤其需要获得无定形硒的确切分子结构。本论文利用基于原子力显微镜的单分子力谱技术和量子力学计算对无定形硒分子的单分子链弹性（简称单链弹性）与结构进行了研究。首先,本论文对不同的无定形硒样品在壬烷实验环境中的特性进行了研究。结果表明,无定形硒中存在长链状分子结构,且在不同溶剂中溶解的无定形硒单分子链在壬烷实验环境中具有相同的弹性。然后,本论文使用量子力学计算（Quantum mechanics,QM）研究了无定形硒的几种可能分子结构的理论单链弹性,将QM计算结果与自由连接链模型相结合,得到它们相应的理论弹性拟合曲线。将拟合曲线与实验曲线进行对比,发现平面锯齿形单链的拟合曲线与实验曲线能较好地重合,确定了无定形硒的分子结构为平面锯齿形结构。实验结果及模拟结果相互独立并彼此验证。模拟结果表明了实验结果的准确性。实验中所得的无定形硒分子的单链弹性也可通过自由连接链理论模型进行描述,理论模型是实验结果和模拟结果的桥梁。基于以上讨论,本论文得到以下几个主要结论:（1）无定形硒中存在长链状分子结构,无定形硒为无机高分子。单分子力谱结果表明,无定形硒的分子具有较宽的分子量分布;（2）溶解于氧化性溶剂、还原性溶剂、有机溶剂中的无定形硒在壬烷实验环境中单链弹性相同,这表明不同样品中的无定形硒保持相同分子结构,未发生变化。无定形硒的单链弹性与结构没有因为溶剂的不同而发生变化。因此,在壬烷实验环境中获得的无定形硒分子的单链弹性为其本征弹性;（3）基于前人的研究,构建了平面锯齿形、立体螺旋形和立体冠状单链的重复单元模型。先使用量子力学计算研究了几种可能模型的单理论弹性,然后将自由连接链模型与单分子理论弹性相结合,进一步得到每一种模型的拟合曲线。通过对比,平面锯齿形4原子重复单元的拟合曲线与无定形硒的实验曲线能较好地重合;（4）计算了平面锯齿形4原子重复单元的拟合曲线与归一化力-拉伸曲线的平均偏差。结果表明,模型的最优库恩长度为0.23 nm,与Se-Se键的键长（0.232 nm）极为接近。平面锯齿形4原子重复单元可用于描述无定形硒的真实分子结构。