双金属纳米团簇具有许多奇特的物理和化学性能,而且这些特殊性能可以通过合金成分、原子分布和团簇尺寸等进行调节。因此,通过双金属团簇合成时原子尺度行为的控制有望得到具有特殊结构和性能的新材料。它们在异质催化、光电和磁装置甚至生物医学等领域有着广泛的应用前景。这也使得有关双金属团簇热力学过程及其相互作用行为的研究成为近年来的热点。但是由于该过程的复杂性,直接从实验上进行研究非常困难。计算机模拟,尤其是分子动力学模拟,成为揭示双金属团簇微观结构演化的关键途径。本文首先构建了一个在较大的团簇尺寸和成分范围内有效的合金分子动力学模型。然后,用该模型研究了不同物性组元构成的双金属团簇的热力学过程和并合行为,揭示了双金属团簇合成过程控制对其微观结构演化的作用机理。研究工作取得了如下重要结论：1.合金分子动力学模型的构建及其有效性验证在分子动力学模拟中,原子间相互作用势的精度直接影响模拟结果的准确性。本文采用了基于密度泛函理论的普适的嵌入原子势。它使不同的元素具有相同的截断距离,可以用来模拟16种金属及其合金。然后,用该模型模拟了全部Ni成分的Cu-Ni块体和不同尺寸团簇的熔点组成的液相线,发现它与实验和理论模型给出的相图值基本一致。说明该模型可以准确描述团簇和块体中纯金属及合金原子间的相互作用。2.热力学过程中双金属纳米团簇的微观结构演化模拟了由不同物性参数的组元构成的双金属团簇在热力学过程中的微观结构演化。研究结果表明：(1)Ag-Co团簇结构演化与温度和Co含量密切相关。低温时Co的最稳定位置是团簇的亚表面层,随着温度的升高变为核心层。但是在亚表面层存在的能垒仍会使团簇形成Ag-Co-Ag的洋葱型结构。随着温度的继续升高,Co原子获得的能量能克服中间层的能垒时,团簇就会形成Co-Ag核壳层。(2)匀称的20面体结构转变与团簇的初始结构、原子数和组元分布密切相关。而且,这种相变可以通过不同物性组元的添加、含量和原子分布的改变进行控制。(3)团簇的凝固结构具有明显的尺寸效应。在小尺寸时Co团簇凝固成20面体,而在大尺寸时凝固成与块体相同的HCP结构。这是因为随着尺寸的增加团簇释放的能量减小,从而无法诱导结构转变。而在Co团簇中添加不同物性的Ni和Cu组元时会诱导团簇凝固成不同的结构。3.并合行为对团簇微观结构演化的影响不同的纯金属团簇在热力学过程中的微观结构演化不同,而并合行为的引入会导致其微观结构演化发生改变。本文首先考察了不同初始态(液态和固态)的各种团簇的并合。然后,又模拟了纯金属团簇、同质并合团簇以及异质并合团簇凝固时的微观结构演化。发现异质团簇并合行为可以诱导与纯金属团簇以及同质并合团簇不同的微观结构演化。尤其是在低温液-固并合时,低表面能的原子会在并合团簇表面形成一个壳层。这个壳层会抑制固态团簇由于过剩能量释放诱导的结构转变。如果未形成抑制壳层,那么易发生20面体转变的团簇会诱导并合团簇形成20面体。另外,还发现同质并合团簇凝固结构与纯金属团簇凝固结构相同。但是,异质并合团簇的凝固结构则有所不相同。其中,Co团簇由于易于凝固成20面体,其存在会诱导Co-Ni和Co-Cu团簇凝固成20面体。而Cu-Ni的凝固结构具有与Ni和Ni-Ni凝固后相似的十面体结构。由此可见,在合金纳米粒子形成时控制元素的添加和合成条件可以得到具有特定结构和形貌的纳米粒子。4.双金属团簇冷却和并合过程诱导的微观结构演化由于双金属纳米团簇的热力学过程和并合行为都会对团簇的结构产生影响。因此,研究冷却和并合冷却对合成物微观结构的影响,可以揭示出团簇形成时不同的控制行为诱导团簇微观结构演化的作用机理。通过模拟Cu-Co团簇冷却和并合冷却的微观结构发现：从高温冷却后的团簇具有HCP结构,而并合冷却后的团簇形成了类洋葱型的FCC结构。从低温冷却的团簇形成了Cu和Co均匀分布的FCC结构。而并合冷却团簇则形成了Co-Cu的核壳层的FCC与HCP孪生的结构。由此可见,特定结构和形貌的纳米团簇可以在合成过程中进行控制。因此,通过对双金属团簇热力学过程和并合行为的控制可以得到具有特定形貌和结构的新型纳米团簇。而本文模拟方法在纳米尺度新材料的开发和设计中的应用不仅可以揭示出纳米材料特殊性能的来源以及如何通过合金成分、含量及其分布进行控制；又可以拓宽纳米技术在新材料研究领域的应用；同时,还可以用于指导实验研究和分析实验结果。