本文总结我在攻读博士期间，利用密度泛函理论工具对氮元素的cg-N同素异形体材料在常温常压下动力学稳定性质、水热法制备合成K2Ti6O13纳米线的反应机理，以及高场输运条件下CNT器件体系物理过程进行研究的一些方法和结果。本文包括三部分内容：（一）利用声子谱计算和过渡态搜索计算预言最近在高压下被合成的氮元素同素异型体cubic-gauche nitrogen（cg-N）在常温常压下的稳定性。该材料中氮原子间由单键连接，储存有巨大的能量，可以作为能量存储物质的备选。计算指出该同素异形体的晶格在常温常压下为动力学稳定的，但晶体表面易发生自发分解，从而限制其应用。理论计算预言表面加氢处理可以提高该同素异形体的稳定性，从而为该材料的实际应用铺平道路。（二）通过使用过渡态搜索和热力学分析方法，详细分析了水热法合成K2Ti6O13纳米线的反应过程和机理。在简单的Na2Ti3O7+KOH水热法反应中，Na2Ti3O7晶体劈裂为直径均一的K2Ti6O13纳米线。本文的计算表明，该反应并非一个简单的离子交换反应，而是通过以酸式盐H2K2Zi6O14作为中间态的反应路径进行的。同时本文描述了该反应各个阶段的详细能量关系，并发展了一种结合密度泛函计算和实验数据的热力学分析方法，该方法可以应用于难以被密度泛函方法精确处理的溶液体系。以此为突破口，可以更深入地研究众多的水热法合成纳米结构的反应机理问题，并为更进一步地实现可控生长纳米结构的目标提供一种新的思路。（三）本文描述了高场输运条件下CNT体系中物理过程和Ⅰ-Ⅴ特性研究的背景资料和我对于这一问题的一些思考。我试图利用密度泛函水平的格林函数方法，考虑在高场输运条件下CNT器件的Ⅰ-Ⅴ行为。这些行为包括电声耦合相互作用、三声子耦合相互作用和热传导等物理过程的影响。本文描述了适用于准一维电声耦合体系的格林函数方法，各个物理过程的分析和计算方法，以及简化计算的一些考虑，并重复了一些文献的工作。这些工作虽然尚不成熟，但对于理解CNT器件体系在高场下的输运和烧断行为具有重要意义。