纳米尺度下的物质表现出很多奇异的物理、化学性质，用宏观理论难以进行解释。水是生命之源，几乎所有的生命活动都和水有密切关系。纳米尺度下的受限空间水和界面水的性质成为近年来非常热门的研究课题，因为其对于理解某些生命活动以及表面物理化学性质具有非常重要的意义。而作为纳米量级的管道，碳纳米管可以用来传输和封装各种小分子或生物大分子，其在纳米尺度质量输运领域具有广阔的应用前景。基于此，水-碳纳米管系统在近十几年引起了广泛的关注，并取得了一系列研究成果。其中很重要的一点是如何控制受限于碳纳米管内部空间或者壁面附近水的行为。特别地，由于电场效应的可操控性较强，电控制是应用最为广泛的方法。尽管如此，外加电场对受限水的影响仍然存在很多未解决的问题，例如电场方向的影响以及电场强度梯度的影响等等。另外，电场效应通过水分子的协调作用对其他物质的影响以及利用此协调作用操纵物质的输运也是非常值得思考的问题，这方面的研究非常少。本文采用分子动力学模拟的方法研究了垂直电场对受限水的影响，包括水结构的变化、单链水的输运以及水分子协调作用的应用等等，具体工作包括：（1）研究了受限于（6,6）、（8,8）以及（10,10）碳纳米管内部和外壁面处的水结构在垂直于管轴方向电场作用下的变化。结果表明垂直电场引起的水分子偶极指向的重新排布对于碳纳米管内外水结构的变化起到了非常关键的作用。在碳纳米管内部，电场足够强时水结构会被破坏，并且游离的水分子团簇会被发现。在碳纳米管外部，环绕碳纳米管水分子的偶极方向、密度以及氢键的分布呈现明显的非轴对称性。（2）构造了垂直线性梯度电场，并将这一电场作用在（6,6）碳纳米管构成的水通道模型中，发现此线性梯度电场可以诱导单向净水流，即水分子通过碳纳米管流向场强比较大的区域。分析了沿着碳纳米管轴向方向的水分子间相互作用能的分布，试图揭示单向水流产生的物理机制。我们还讨论了碳纳米管长度对单向净水流大小的影响，发现当电场的线性梯度相同时，碳纳米管越长，单向净水流速度越快。（3）构造了两个在水溶液中的同轴碳纳米管系统，一根短碳纳米管套在一根长碳纳米管外面或者封装在里面，通过分子动力学模拟计算表明，在垂直线性梯度电场作用下，由于水分子的协调作用短碳纳米管沿着长碳纳米管可以发生定向运动。通过计算短碳纳米管移动过程中系统自由能的变化PMF曲线，说明短碳纳米管的运动是符合物理规律的。另外我们还通过分析（10,10）碳纳米管内水结构的变化和流动行为来揭示水分子协调作用对短碳纳米管的影响。