材料在纳米尺度下的研究是从材料性质的本源上进行探索,可以填补部分宏观力学分析方法的不足之处,为构建合理的多尺度分析模型打下基础,也有利于解决宏观尺度下实际工程应用中传统工程力学不能解决的问题。而在纳米尺度下力学分析的重要研究对象是低维材料。于2014年发现的单层黑磷(单层磷烯),因其优异的光电转化特性、较高的载流子迁移率以及可调节带隙成为目前研究重点关注的二维材料。考虑到单层磷烯、磷纳米管(由单层磷烯沿一定方向卷曲构成的环向封闭的一维材料,PNT)在纳米光电器件中的重要作用,研究单层磷烯、磷纳米管的物理性质变得十分重要。然而,已知研究中单层磷烯在物理性质方面表现出显著的各向异性,并且已知文献中对于磷烯各向异性的研究大多只关注了扶手椅形(AC)、锯齿形(ZZ)方向。此外,关于单层磷烯热导率的研究,目前已有的理论计算结果存在较大的差异。因此,本文采用分子动力学(MD)模拟方法研究了单层磷烯的力学性质和热学性质的各向异性,并初步预测了由这些磷烯卷曲构成的磷纳米管的力学性质和热学性质。本文分析了一般方向(非晶格方向)单层磷烯在单轴拉伸下的拉伸强度和极限应变,讨论了单层磷烯在一般方向下弹性模量与升角之间的关系以及由这些不同方向磷烯构成的不同手性磷纳米管的热稳定性和在单轴压缩过程中的力学性质。结果表明,一般方向的单层磷烯的弹性模量随着升角的增大而逐渐增加,但其中[110]方向(ST)及其垂直方向(PS)上单层磷烯的弹性模量出现异常增大和减小。由一般方向的单层磷烯构成的不同手性的磷纳米管,弹性模量随着升角的增大而逐渐降低,这与它们的热稳定性变化趋势一致。主要原因是沿AC方向卷曲时,面外弯曲刚度小,跨平面的磷原子很容易发生弯折,键长和键角同时改变,因而构成的AC型磷纳米管(AC-PNT)弯曲内应力最小,结构最稳定。升角较小的磷纳米管是弹性模量大、热稳定性高,是由于单层磷烯在沿这些方向进行卷曲时,是面外磷原子发生弯折,而当升角继续增大时,单层磷烯沿具有较大升角的方向卷曲时,面内原子发生弯折的比例越来越大,弯曲刚度逐渐增大,直至升角达到90°,构成ZZ型磷纳米管(ZZ-PNT),弯曲刚度达到最大。本文系统地研究了沿AC、ZZ方向、ST方向与PS方向的热导率。热导率从大到小依次为ZZ、PS、ST和AC,声子色散证明了MD描述热导率各向异性的准确性,而热导率与第一性原理计算的差异主要是由于低频光学声子的失配。沿ST和PS方向的单轴拉伸应变使热导率增大。选择原子振动势能分布来描述不同计算方法的应变效应。由ST方向和AC方向的磷烯卷曲而成的磷纳米管相比于ST、AC方向的单层磷烯,其有限长度下的热导率出现轻微的减小。同时,还计算了应变对于这两种类型的磷纳米管热导率的影响,计算结果表明,压缩应变对两种磷纳米管的热导率影响较拉伸应变显著。这些结果揭示了磷烯的方向依赖的热输运性质以及在分子动力学模拟中的适用性。通过将不同方向的单层磷烯进行组合构成多层磷烯异质结构,研究了多层磷烯异质结构的面内热传输性质,计算了多层磷烯异质结构的热导率,发现改变多层磷烯异质结构中磷烯的方向,能够较为精确地调控多层磷烯结构的热导率。同时,研究了层数对磷烯热导率的影响,计算结果表明,由单层磷烯到双层磷烯时,热导率出现增加的趋势,这是由于双层磷烯间存在的范德华相互作用增强了面外声子耦合,同时减小了带隙,对双层磷烯的热输运起到了积极的影响。