硅纳米线等准一维材料很有可能成为下一代电子器件的核心组成单元之一。在过去的十多年中,关于硅纳米线的研究得到了广泛的关注并取得了很多重要成果。深入了解硅纳米线的热学性质对于未来电子器件的制造具有重大意义。本文详细研究了硅纳米线热导率与硅纳米线直径、温度和载流子浓度的关系。我们从一维波尔兹曼输运方程出发,系统研究了直径为1-3nm的硅纳米线的热导率。在声子散射机制中综合考虑了声子非简谐作用和电声耦合相互作用。同时我们利用量子力学微扰论重新推导了声子在电声耦合效应中对应的散射率公式。　　 本文首先用sp3d5s*紧束缚模型计算了硅纳米线的电子能带结构,其中哈密顿量包括了自旋轨道耦合以及形变的影响。我们发展了一个投影和折叠体硅能带的方法,确定出硅纳米线的导带底在第一布里渊区的位置。然后我们用价力场模型计算了硅纳米线的声子色散关系,并分析了硅纳米线的四个声学模的振动模式。通过热导率计算结果发现,在硅纳米线中,不仅声学支声子,而且能量较小的光学支声子也对硅纳米线的热导有重要贡献。载流子浓度越高,温度越低,电声耦合效应对硅纳米线热导率的影响越明显。通过对不同直径硅纳米线的热导率分析比较,电声耦合对直径大的硅纳米线的热传输性质影响较小,但是随着硅纳米线直径减小,它的影响会越来越明显。这个过程中主要原因是硅纳米线的导带电子能有效地散射低能声子,从而降低硅纳米线的热导率。我们还发现硅纳米线的低能声子主要对应表面振动模。直径越小的硅纳米线的表面一体积比越大,因而电声耦合效应更加明显。这项研究表明,忽略电声耦合会高估直径小的硅纳米线的热导率。经过详细分析声子态密度和振动模式,我们进一步揭示了小直径硅纳米线热导率随直径的反常变化规律。　　 此外,本文还基于第一性原理计算探讨了锂原子在一维硅纳米线和体硅中的掺杂和扩散运动。对体硅中不同掺杂位置的结合能比较发现Li主要处于Si晶格的间隙位置而不是替代Si原子。Li在体硅中最稳定吸附位置是四个Si原子组成的四面体中心,即Td位。Li在体硅中主要在邻近的Td位之间运动,扩散势垒为0.58eV。在Li掺杂浓度很低时,体硅中的Li原子相互排斥,呈现均匀分布。而在高的Li掺杂浓度下,Li原子却倾向于聚集形成原子团,它们将破坏Si的晶体结构。随后我们比较了单个Li原子在硅纳米线中的不等价Td位的结合能,发现Li原子在硅纳米线中的最稳定吸附位置是在硅纳米线的表面。Li原子在硅纳米线中的结合能随着直径的增大而增加,同时[110]系列硅纳米线的结合能在相同半径不同轴向硅纳米线之中总是最大的,并且随着硅线直径的增大很快趋近于晶体硅中Li原子在Td位的结合能。我们还系统研究了单个Li原子在硅纳米线中沿不同路径的扩散运动。结果表明,Li原子在表面上的扩散势垒最低,而从表面进入体内的扩散势垒很高,这和电化学实验中观察到的Li原子从硅纳米线表面向体内的逐层扩散行为相一致。