结晶是物理、化学、材料和环境科学等许多学科领域的一个重要现象。在液态金属中,随机密度和热起伏创造的瞬态晶簇甚至可以在高于平衡熔点的环境下发生。当液体冷却到过冷区域,只要热波动克服自由能势垒形成一个晶体核,就可以得到一个稳定的晶核。一旦形成稳定的晶核,它将继续生长。晶体生长从微观角度可视为液-固界面在液体中推进,这个过程是由界面处的原子动力学、毛细管效应、热扩散和界面附近的质量扩散控制的。本文采用分子动力学(Molecular Dynamic,MD)方法,模拟了部分单质金属及合金的界面能及晶体生长过程,分析了晶体生长的界面动力学,解释了晶体加速生长的机理。研究了液态水滴的结晶形态和结晶动力学。主要研究内容包括:1.本章采用MD模拟研究了球形Cu、Al、NiAl和CuZr晶体的生长。发现四个系统的晶体生长速度随着半径的增大而增大,计算的界面能表明,毛细管效应引起的曲率过冷对晶体生长没有贡献。在这个阶段,界面动力学主导晶体生长。我们分析了界面形态,发现界面厚度和?-因子在生长过程中增大,表明界面越来越粗糙。基于这些结果,在本文研究的条件下,晶体生长速率的加快,主要是由于液-固界面粗糙化加剧的结果。我们定义液固界面的附着率为从液相进入到液固界面区并稳定附着在晶体界面的原子的比例。通过将附着率近似为晶体生长模型中的界面粗糙因子,并根据晶体生长模型预测了Cu、Al、NiAl和CuZr体系的晶体生长速率随晶体半径的变化规律,结果与直接模拟的结果一致,从而合理地解释了晶体加速生长的机理。这部分研究工作,有助于我们了解在形核后晶体生长初期界面动力学对晶体生长的影响。2.采用分子动力学方法研究了三种条件下液态水滴的结晶过程。(1)研究发现水滴的自由形核通常在内部发生,随后的晶体生长中,立方和六方结构水相互依附生长形成层状结构。(2)将水滴人为划分为核壳两部分并分别在不同的温度下模拟结晶,在这种强制温度梯度下的结晶表明形核仍优先在内部较高温度下形成,并以辐射状迅速向外延伸生长。(3)通过固定核内液态水分子,形成一个壳状受限空间,在这种条件下壳层水的晶体生长以环形方式进行,随后释放核中水分子,晶体以外延生长方式填满整个核区。晶体生长速度的估算表明受限空间最不利于晶体生长。