由于碳纳米管优异的性能,常常被当作离子通道的人工替代品。因此,利用分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation)研究碳纳米管中水分子微观结构和传输性质不仅对理解生物水通道中水分子运输机制具有重要意义,还可以为海水淡化,污水处理等纳米器件的设计提供理论依据。本论文的研究内容分为两部分：在第一部分中,基于图4.1所示的双壁碳纳米管模型,利用分子动力学,我们模拟了以不同速度移动外管,受限在碳管中水分子的传输性质。结果发现：移动外管,不但可以减小碳管中水分子PMF(the potential of mean forces)势阱深度,有利于水分子穿过碳管通道。而且还可以控制碳管中水分子的平均偶极矩取向。当外管移动速度在0<v≤5m/s范围内,水的净流量及受限水分子翻转频率均随速度增大而增大,而在5<v≤10m/s范围内,随速度增大而减小。更重要的是,我们发现这种水的单向运输主要是因为受到外管在轴向对管内水分子的牵引力以及受限水分子不对称的相互作用势。这些发现为设计分子纳米泵提供了理论依据。在第二部分中,基于图5.1所示模型,我们模拟一系列具有不同长度的(5,5)和(6,6)单壁碳纳米管中水分子偶极矩翻转行为。模拟结果显示：碳管中的水分子偶极矩以一种类似拉链的方式发生翻转。此外,在我们的系统中,水分子偶极矩翻转周期与碳管长度成线性关系,且相同长度的(5,5)碳管中的水分子偶极矩翻转周期大于(6,6)碳管的翻转周期。同时,水分子偶极矩翻转传递时间以及单个水分子偶极矩平均翻转时间随着碳管长度增大而增大,随着碳管半径增大而减小。通过对不同系统中水分子平均偶极矩翻转势垒的研究,我们发现水分子平均偶极矩翻转势垒随着碳管的长度变大而变大；在相同长度下,(5,5)碳管中水分子平均偶极矩翻转势垒大于(6,6)碳管中的势垒。