红外透过材料广泛应用在工业、科研、医学和军事领域。尤其是长波红外(8-12μm)窗口材料具有更宽的波长覆盖范围,在航天空间科学、医疗研究和电子科学领域有着重要应用,用于红外感应和探测系统的关键性部件。然而兼具优良力学性能和光学性能的长波红外窗口材料的选择性非常有限,严重阻碍其在外部窗口和整流罩的应用。从实验的角度讲,如同材料基因工程一样的系统化搜寻必然耗费巨大。如何高效率系统地搜索寻找兼具优良机械性能和红外可透性的窗口材料已成为当前严峻的挑战。此外,基于三(8-羟基喹啉)铝小分子的有机电致发光器件由于一系列优良的性能逐渐成为新一代的平板显示技术的主流,然而器件的失效现象和不稳定性制约其广泛的商业化应用,探索三(8-羟基喹啉)铝分子的失效起源并设计增强器件稳定性的分子改良方案对有机电致发光器件的长远发展具有重要意义。本论文的研究着眼于上面的两个问题,采用基于密度泛函理论的第一性原理理论模拟计算手段及VASP等模拟计算平台,从原子尺度探讨基于面式型三(8-羟基喹啉)铝小分子的有机电致发光器件的失效现象和不稳定性起源,通过面式型三(8-羟基喹啉)铝分子和水、阴极金属层模型的相互作用规律,指出面式型三(8-羟基喹啉)铝分子的不稳定性起源于同侧三个氧原子构成的氧坑区域强吸引效应,并给出在三(8-羟基喹啉)铝配体C7位置引入吸电子基团的分子改良方案。另外,本论文系统地搜索寻找AxBy型(x:y=1:1,1:2,1:3,2:1,3:1,2:3,3:2)兼具优良机械性能和可透性的长波红外窗口材料,通过声子色散谱判断材料的稳定性,筛选出253种稳定的红外候选材料,从光学性能长波透过截止极限和力学性能体变模量入手,对红外透过材料最核心的两个性能衡量指标理论计算值进行校准定标,绘制红外候选材料的性能搜寻地图,材料的性能地图表明材料的力学机械强度和光学性能长波红外透过截止极限存在矛盾:力学性能的衡量标准-体变模量越大,光学长波红外透过截止极限越小。研究进一步筛选出性能优异可应用于长波红外窗口(8-12μm)的七种候选材料TiSe,TiS,MgS,CdF2,HgF2,CdO和SrO。其中,TiS和CdF2在高温下的性能可以和目前广泛使用的材料ZnS相媲美。最后论文总结出氮族化合物、硫族化合物和卤族化合物的红外可透过最大区间范围,为实验上红外透过材料的搜寻提供指导。