简单液体理论是20世纪后半叶凝聚态物理学所取得的最重要成就之一。在这一理论中,硬球模型和范德瓦耳斯模型抓住了原子或分子间排斥作用在决定液体结构中所发挥的核心作用;相反,吸引作用的效应可以简单地用一个平均场近似来处理,即吸引作用被认为只是提供一个空间均一的背景相互作用以维持液体的稳定,其对液体结构和动力学的影响甚微。然而,越来越多的证据表明,液体中存在一系列复杂现象,吸引作用在这些现象中扮演着重要角色,若只考虑排斥作用或者对吸引作用只做简单近似处理,那么即使在定性上都不能够描述所谓“简单”液体的某些复杂特性。液-液相变以及玻璃形成体系液体中复杂的动力学是液体复杂性的代表,深入研究这些现象对于完善和发展液体基础理论、玻璃化转变理论、晶化理论等都具有重要的科学意义。因此,本文利用核磁共振、闪速差示扫描量热、高能同步辐射X射线衍射、分子动力学模拟、高分辨透射电子显微镜等实验和模拟手段,对钯-镍-磷、纯铝以及铝合金平衡熔体中的液-液相变进行了系统性的研究,并进一步探究了液-液相变对玻璃化转变、晶化的影响。液-液相变这一物理现象通常很微弱,为此需要灵敏的探测手段。核磁共振技术能够捕捉到液体局域结构的微小变化,是探测液-液相变强有力的技术手段。为了满足探测金属熔体所需的高温条件,需要制作高温核磁共振探头,本文首先详细介绍自制的高温核磁共振探头的各个部分,以及该探头的温度标定。利用该高温核磁共振系统,并结合闪速差示扫描量热仪、高能同步辐射X射线衍射等实验手段,本文研究了Pd42.5Ni42.5P15平衡熔体中的液-液相变及其对玻璃形成能力的影响。原位核磁共振实验发现Pd42.5Ni42.5P15熔体在液相线温度以上存在一级液-液相变,在相变温度点TLL=1063 K密度无可明显变化;分析暗示局域偏好结构数量上的跳变可能是该相变的主要机制,与双序参量模型相吻合。两种液体通过急冷可以形成各自的玻璃态,高能同步辐射X射线衍射实验表明低温液相(处于TLL以下的稳定液相)所对应的玻璃态在结构上相比于高温液相(处于TLL以上的稳定液相)所对应的玻璃态更有序。通过闪速热分析发现高温液相的玻璃形成能力比低温液相的更好。分析表明过冷高温液体的晶化可能是个两步过程,即先转变到低温液体然后再晶化,液-液相变的动力学决定了高温液体的玻璃形成能力;低温液体较差的玻璃形成能力可能与其过冷相中存在较多的中程有序团簇相关。本实验对于理解晶化过程和玻璃的形成,调控金属玻璃结构特性具有重要意义。为了揭示液-液相变的普遍性,利用高温核磁共振和分子动力学模拟研究了纯铝这一单元素体系中的液-液相变。核磁共振表明纯铝液体在TLL=1163 K发生液-液相变,在TLL液体密度同样无明显跳变。高温液体在TLL以下温度向低温液体结构弛豫的时间随过冷度增大而减小,两者符合指数函数关系。分子动力学模拟表明这一液-液相变与协同性聚集的类二十面体团簇的空间贯通有关。单元素体系中液-液相变的存在以及类二十面体团簇在金属熔体中的普遍性暗示这一现象在自然界中可能广泛存在。在上述纯铝液-液相变研究的基础上,进一步利用高温核磁共振研究了铝-铜、铝-硅合金体系的液体性质。结果表明在亚共晶、共晶、过共晶铝-铜熔体中都存在液-液相变,随着铜含量增加相变更加明显;然而对于铝-硅体系,只有在亚共晶成分中才观察到微弱的液-液相变。分析暗示这可能是由于具有五重对称性的类二十面体团簇在铝-铜熔体中得到促进而在铝-硅熔体中受到抑制所导致的。这些结果为铝合金铸造的过热处理工艺提供了重要的理论依据。