拓扑半金属在费米能级处的非平庸线性交叉可产生独特的拓扑表面态,有望在未来拓扑量子计算方面得以广泛应用。因此,近年来拓扑半金属材料的研究成为人们关注的热点。传统的拓扑半金属材料（topological semimetallic materials,TSM）通常由具有高强度自旋轨道耦合（spin-orbit coupling,SOC）作用的重元素构成。这些重元素往往价格昂贵、不环保,对材料的实际应用极为不利。处于元素周期表的C是典型的轻质环境友好元素,且自然含量高、核外四电子多元的杂化方式使得它拥有丰富的异构相。本文基于自下而上的纳米组装方法,以二维碳材料和纳米管为基元,设计得到了两类新型的拓扑节线半金属,其主要研究内容和结果如下:（1）以2D-palgraphyne为基元,通过垂直堆叠的方式,组装得到了具有Cmcm对称的三维亚稳低密度（1.69 g/cm3）碳同素异形体——3D-palgraphyne。从成键特征看,该结构由两类碳原子形成,分别具有三配位和四配位特征,其构成比例是1:2。基于总能量、声子色散谱、弹性常数和第一性原理分子动力学的计算,结果表明本文所设计的3D-palgraphyne具有很好的热力学、动力学、力学和热学（高达3000 K）稳定性。电子结构的研究表明,3D-palgraphyne的能带在费米能级附近存在3对线性交叉,形成典型的Dirac态。其节点在整个布里渊区形成连续分布的节线:kx=0平面中具有两对横贯整个布里渊区的准平行节线;此外,该平面的两侧还存在两对“蜻蜓状”的节链。采用紧束缚近似方法,本文还探究了3D-palgraphyne的拓扑性质。其结果表明,（100）面上的节点附近的线性交叉都是受对称保护的,表现出能带反转特征,它们形成的节线在（110）面的投影产生非平庸鼓膜表面态。此外,以节点为中心,通过不同k方向的能带计算,我们发现3D-palgraphyne在某些方向展现出第二类Dirac态的色散特征。（2）以碳（3,3）纳米管为基元,通过沿径向方向合并组装,形成具有与3D-palgraphyne相同成键和对称特性的三维纳米管束,称为3D-（3,3）NT。尽管其能量稳定性较3D-palgraphyne差,但它具有较好的动力学、力学和热学（1000 K）稳定性。从电子能带结构上看,3D-（3,3）NT在费米能级附近形成两个线性色散的Dirac态。其节点在布里渊区中也是连续分布的,形成两个上下对称的“王”字节线,（100）面上的节线受到Mx镜面的保护。其拓扑性质由（110）面的鼓膜状表面态得以验证。第一性原理计算结合自下而上的组装方式拓展了TSM研究的途径,也为以后的相关研究提供了参考。