氢,作为宇宙中最轻的元素,是研究凝聚态问题的经典材料。近来,人们理论上预言它在高压下具有高温超导特性。而实验观测方面,固态氢压强达到342GPa仍然保持良好的绝缘性。最近几年,人们逐渐将注意力转向第IV主族的富氢化物。认为借助氢化物分子内其他元素对氢原子电子的化学键“内压缩”效应可能在一定程度上降低其金属化压力条件。对于处在第IV主族第一号元素的富氢化物甲烷(CH4),通过大量理论和实验研究表明:即使压强增加到400GPa,仍未观测到金属化相变的迹象,不具有高温超导性的研究价值。因此,关于高温高压下第IV主族富氢化物的实验及理论研究主要集中在硅烷(SiH4)。宏观上,硅烷在高温高压环境下会发生体积的减小和总能的增加。尤其,体积的减小将导致原子或分子间的距离缩小。从量子理论的角度分析,硅氢原子间的间距变化将会导致外层电子的空间布局发生改变,最终引起硅烷的物理和化学性质发生变化。因此,考虑温度与压强对硅烷的电子结构、晶格结构及相态的改变,以及分子的键合和解离等对它们的宏观物理性质(包括热、电、光学性质等)的影响,对于人们认识极端条件下凝聚态物质的特性具有极其重要的科学意义;也利于近代自然科学和工程技术中的金属氢问题、高温超导等问题的解决。目前,人们对于高温高压下硅烷的压强、温度、能量、体积变化关系,以及金属相结构和相变区间仍存在较大争议,与之相关的实验数据又比较缺乏。因此,在已有理论、实验研究基础上,本文基于密度泛函理论,对硅烷的高温高压物态方程、相变以及分子的分解和金属化相变进行探讨。我们的研究内容包括固态硅烷在25-300GPa整个压力区间的热力学稳定相,以及在温度为1000K、4000K,低于200GPa的压强范围内液态硅烷的分子分解以及金属化相变,包括电子能带、直流电导率随温度和体积的变化关系。我们的研究结论可分为以下两个方面:1.采用一种新发展的粒子群优化算法,对高压下固态硅烷进行分子晶体结构预测,重点关注硅烷在25-300GPa压力区间相结构的变化,以及金属相结构的转变条件。加压至55GPa,我们除了搜索到与最新金刚石压砧实验结果一致的结构(I-42d、I41/a)以外,同时还搜索到新的C2/c结构,它与I41/a结构共同稳定存在于55-240GPa的压力区间。在上述整个压力范围内,硅烷均保持良好的绝缘性,直至压力达到240GPa才转变为Pbcn结构,并表现出金属性。研究结果验证了硅烷的金属化相变仅发生在200GPa以上,排除了硅烷在60GPa发生金属化相变而导致其失去透明性的可能性。2.通过基于密度泛函理论的分子动力学模拟研究了有限温度区间液态硅烷的物态方程,结合径向分布函数分析了流体硅烷在温度为1000K、4000K,压强低于200GPa以内的分子分解和原子重组,确定出流体硅烷的化学分解是一级相变,并对应着等温线上压强随体积的不连续变化;通过对液态硅烷的(平均)带隙和直流电导率的计算,发现了流体硅烷的离解伴随着非金属相到金属相的转变。