近年来,纳米粒子的聚集结构由于其独特的性质和潜在的应用越来越受到人们的关注。纳米粒子可以聚集形成丰富的团簇结构,调控纳米粒子的聚集结构对材料制备具有重要意义。然而,人们在调控纳米粒子的聚集结构时很大程度上依然依靠试错法。因此,非常有必要去了解如何对聚集结构进行调控,这就需要我们对纳米粒子的聚集机理有更多的了解。但是,纳米粒子从分散状态聚集形成团簇的机理尚不明确。并且,已有的很多研究工作关注的是纳米粒子在低温时的基态组装结构,但是在现实条件下,由于热涨落的缘故,纳米粒子在形成团簇结构的过程中还会形成许多其它的无定形聚集结构。这些无定形聚集结构与纳米粒子体系在有限温度时的热力学性质紧密相关,但我们仍然缺少一种定量描述它们的方法。另外,由于材料的性质与其结构形貌紧密相关,因此,为了设计具有特定功能的材料,控制其结构形貌是关键。那么,是否有可能从特定的目标纳米粒子聚集结构出发,反向设计纳米粒子相互作用及其它影响因素,以便实现对纳米粒子组装结构的定向可控制备?由于纳米粒子体系中这些问题的复杂性,单纯靠实验手段可能无法回答,这时就需要其它研究手段进行补充。随着计算机技术的发展,计算机模拟逐渐成为又一种探索自然的科学手段。已经有许多工作使用计算机模拟方法研究材料体系中的热力学和动力学性质,例如使用蒙特卡洛方法和分子动力学等模拟方法。又如,当涉及结构转变机理时,已经有工作使用马尔科夫态模型分析一些体系中形成组装结构的机理。另外,由于材料体系的复杂性,巨大的构型空间以及复杂的能量景观需要我们对体系进行充分采样,这就需要足够长时间的模拟,甚至使用一些增强取样的方法。并且,还需要用适当的参量来描述体系,以方便定量分析体系结构状态的变化。基于以上研究背景,围绕如何调控纳米粒子聚集结构这个核心科学问题,本文使用计算机模拟方法,研究了纳米粒子聚集形成团簇的可能机理,并尝试了定量描述团簇形成过程中的各种无定形结构,以及探索了从目标聚集结构出发,反向设计一条纳米粒子链的序列和相互作用的可能性。本论文主要结果如下:（1）我们研究了纳米粒子团簇形成的可能机理,以及吸引势阱宽度的变化对机理的影响。我们使用Wang-Landau蒙特卡洛方法精确计算了纳米粒子体系从分散状态转变为聚集状态的自由能垒,并且使用分子动力学获得纳米粒子运动的动力学轨迹,然后使用马尔科夫态模型分析动力学轨迹,最终获得纳米粒子聚集的转变路径、速率等信息。我们发现,纳米粒子形成团簇的过程存在多条聚集路径,有路径不经过中间体,也有路径经过一个或者多个中间体,这些中间体影响到纳米粒子聚集过程的聚集体尺寸分布。当吸引势的宽度变窄时,相对于一步聚集路径,经过中间体的二步转变路径变得更加具有竞争性,对应的占比百分数增加。另外,随着吸引势的宽度变窄,分散状态与聚集状态之间的转变速率变小,同时聚集也变得越稳定。这种非单调的变化关系说明,吸引势的宽度应该适中,以便使得聚集过程的聚集体尺寸分布、聚集速率、聚集体稳定性都处于合理的程度。我们的结果为纳米粒子团簇的可控制备提供了计算模拟方面的建议。（2）在（1）中,研究了聚集机理,但是并没有指明如何调控粒子聚集形成一个特定的结构。为了调控特定结构的形成,首先需要对多种不同聚集结构进行定量描述。我们提出一种方法以定量描述团簇形成过程中的各种无定形结构。为了展示我们方法的有效性,我们做了几个典型案例研究,包括有着不同的吸引势阱宽度、不同的吸引势阱深度、以及不同的取向吸引程度的体系。我们定量地分析了聚集态如何受到多种外界控制因素的影响,验证了方法的有效性,这对未来通过调控纳米粒子间相互作用进而精确地控制和设计纳米粒子聚集结构有意义。（3）我们探索了从目标结构出发,反向设计纳米粒子链的序列和相互作用的可能性。我们使用（2）中提出的定量描述结构的方法,扩展到有二元序列的单链体系。为了使形成的结构具有可控的形貌,我们提出一种反向设计流程并应用于一条处于不良溶剂中的具有序列的粒子链模型。从一个目标结构出发,我们确切数出了几何上所有可能的序列。我们从这些序列中随机选一条,并且通过充分采样有着这条序列的链的构象空间,进而反向设计了合理的相互作用强度参数,发现这些参数对许多其它不同的序列也适用,也能保证较高的目标结构产出。我们的结果确认了通过反向设计来控制单条聚合粒子链形成目标结构的可能性,为可控纳米粒子聚集结构制备提供了计算模拟方面的见解。