机械性能优异的力学材料在工业生产发展中地位举足轻重,寻找潜在的新型力学材料对于推动国家工业发展和相关领域进步意义重大。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理应力应变计算,以成键特征丰富的B元素和C元素为基础,在碳同素异形体和富硼化合物这两类材料中分别选取一个结构原型作为研究对象,分析讨论其在复杂应变下的应力响应行为和原子尺度的结构形变模式,总结得出以这两种材料为结构原型的两类材料的“结构-性质”关系,确定一种“既强又韧”的超强材料的原子工作机制。获得了以下创新性结果:1.具有丰富多元碳环的碳同素异形体Pbam-32碳,在大的拉伸、剪切应变下,以一种连续的键弱化和键破坏机制使结构整体呈现出“既强又韧”的力学特性。我们提出,具有“特殊”键合结构的强共价晶体,在结构承受的应力趋于极限时其共价键以“缓慢变化”的状态使结构的脆性降低、韧性提高,预测该类材料在大应变下会表现出兼顾强度与韧性的良好力学特性。2.富硼化合物B13CN和B13C2同构型,由于电子个数的不同导致两者结构中电子轨道占据和成键状态有差别,进一步表现为力学性质相异,前者电子“满占据”的状态对结构中“B12二十面体”和“三原子链”之间的平衡作用有促进的效果,进一步表现为材料结构稳定性增强、力学性质改善。我们提出,在以B12二十面体作为基本结构构筑单元的富硼化合物中,“电子满占据”的状态对材料的结构和力学性质有重要影响作用。