随着科技水平的发展和学科间的相互渗透,非平衡态体系与物理、化学、生物、医药、材料、化工等学科联系密切,因此对非平衡态体系的研究一直都是人们关注的焦点。在充满自驱动颗粒的非平衡态体系中,由于自驱动颗粒的集体行为,对体系会产生特殊的熵相互作用以及输运作用。近年来蓬勃发展的计算机技术为分子层面探究各种平衡与非平衡体系及其内部的微观相互作用提供了极大助力。基于第二章中介绍的Monte Carlo方法、分子动力学方法与普适粗粒化模型,本论文运用计算机模拟方法深入研究了非平衡态自驱动颗粒体系,得到了体系的熵相互作用以及输运过程。在第三章中,采用布朗动力学模拟方法研究了两块反平行或平行的楔形纳米棒在自驱动颗粒体系中时的有效作用力。发现当体系中的纳米棒存在着远程的相互作用力。对于两个反向楔形纳米棒情形:当纳米棒的顶角改变时,纳米棒之间的相互作用力从远程排斥过渡到远程吸引,且对体系中纳米颗粒的密度也比较敏感。对于两个平行的楔形纳米棒,它们之间的相互作用力随着距离的增加经历一个排斥到吸引的过渡。在密闭区域中,当两个纳米棒之间的距离变化时,自驱动颗粒的集聚情况是变化的,而集聚团簇的动态变化与两个纳米棒间斥力的振荡密切相关。这些结果来自于在限制条件下（边界附近）的自驱动颗粒的多体动力学所驱动的集体捕获效应,在实验中可以验证,比如细菌。在第四章中,通过过阻尼郎之万动态模拟实现了在微通道中手性自驱动颗粒诱导纳米颗粒的定向移动过程。由于手性自驱动颗粒的性质以及微通道的特殊结构,实现了纳米颗粒的“棘轮运输”。微通道的正中间加入了均匀分布的固定不动的短斜板,自驱动颗粒可以自由穿过斜板,而纳米颗粒由于直径较大无法穿越。斜板的存在造成了体系的不对称性,从而诱导了纳米颗粒的定向输运。纳米颗粒的定向输运主要取决于微通道的宽度（d）,手性纳米颗粒的密度（ρ）和角速度（ω）。存在一个最佳的参数d和ω是的纳颗粒的定向输运速度最快。通过这项研究可以让我们了解自驱动颗粒对于生物体系维持正常运转（包括细胞内的物质输送以及流动生物的觅食动态等）的重要性。在第五章中,对非平衡态下体系的熵相互作用进行了研究。在许多纳米复合材料体系中熵相互作用（entropy force）是普遍存在的,但由于熵相互作用的存在会导致纳米颗粒的凝聚从而降低其许多性能,因此在大多数情况下熵相互作用的存在对体系并没有好处,所以研究如何减小熵相互作用对体系的影响是非常重要的。不带角速度的自驱动颗粒在熵相互作用作用下会集聚在纳米颗粒（或者纳米棒）周围,这会对纳米颗粒（或者纳米棒）产生很大的相互作用力。对于纳米颗粒,在不带角速度的自驱动颗粒体系中存在着非常大的排斥力。而对于纳米棒,由于纳米棒内外的不对称性,使得两个纳米棒之间会产生吸引-排斥转变,同时这个吸引-排斥转变与纳米棒之间的距离有关。当自驱动颗粒加上一个自转角速度ω之后,熵相互作用就大大减弱,自驱动颗粒不再集聚。在第六章中,通过分子动力学方法研究了半刚性高分子刷与两种纳米颗粒共混体系在压缩情形下的性质,发现体系在压缩情形下,大的纳米颗粒会发生定向移动和集聚现象,而小的纳米颗粒则不会。在柔性高分子刷体系中,小纳米颗粒随机的分布在体系中,而大纳米颗粒则集中在压缩板的一侧,不能进入到高分子刷内部。然而,在半刚性的高分子刷体系中,大小两种纳米颗粒都会渗透到高分子刷内部,并且,随着体系压缩的继续进行,大的纳米颗粒在强压缩的情况下会分别集聚到压缩板与嫁接板附近。通过这个研究,我们发现通过对体系的宏观压缩可以很容易的实现纳米颗粒在分子刷中的输运和集聚。研究还发现,在半刚性高分子刷压缩的过程中,体系的中间会形成一个自由能势垒,而两板附近则处于自由能势井,并且势垒深度主要取决于分子刷体系的压缩程度以及纳米颗粒的大小。在第七章中,通过分子动力学方法模拟了环形高分子刷与纳米颗粒共混体系的压缩过程。柔性环形高分子刷体系在整个压缩过程,高分子刷都是无序的;而半刚性环形高分子刷体系的有序度随着体系的压缩会不断提高,而且在分子刷表面的单体密度是很高的,这就导致分子刷表面存在一个自由能峰值。因此,当压缩半刚性高分子刷与纳米颗粒共混体系时,纳米颗粒会在分子刷表面与压缩板之间形成一个排列很紧密的准二维结构,这为设计相应的二维材料提供了一种新的方法。在第八章中,在自然界中,螺旋结构广泛存在。在熵的驱动下,高分子链能在某些特殊情形下形成螺旋结构。采用分子动力学方法研究高分子链诱导纳米棒自组装行为。发现纳米棒/高分子链体系的构象与纳米棒的数量、高分子链的刚性等密切相关。当纳米棒与高分子链之间存在适度吸附时,纳米棒能够形成三种完全不同的构象,特别是在半刚性高分子链诱导下纳米棒能够形成线型排列。