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本研究主要运用第一原理和动力学方法研究了密排六方结构(hcp)金属中的氦行为和轻金属复合氢化物Am(MH4)n(A=Li、Na、Mg；M=Be、B、Al)的性质。金属中氦的存在和演化行为，一直是核材料研究关注的重点。本论文通过第一原理和分子动力学计算，模拟了密排六方金属中氦原子、氦泡的形核和长大行为，包括氦原子的稳定性、迁移、捕陷、团聚等性质，以及不同尺寸氦空位团簇的稳定性。这些理论研究，有助于理解氦泡形核和长大机制，也可以解释氦泡分布和氦的释放曲线等实验现象。另外，氢能是一种理想的清洁能源，发展高性能的储氢材料是实现氢能应用的关键。由于Am(MH4)n型(A=Li、Na、Mg；M=Be、B、Al)轻金属复合氢化物具有很高的储氢密度，是有发展前景的理想储氢材料。本文用第一原理方法研究了决定轻金属复合氢化物的热稳定性的主要因素，并给出了判断轻金属复合氢化物的热稳定性的量化判据，同时还预测了一种新轻金属复合氢化物的结构及热稳定性。本文的主要创新结果如下：
⑴第一原理计算结果表明：密排六方Ti中，八面体共有面的面心位置(FC)为最稳定的间隙He位置，形成能为2.67 eV。间隙He容易沿着[001]方向，在八面体中心(OC)和FC位置组成的管道内扩散，激活能为0.34 eV。间隙He原子在扩散过程中，极易被预存空位或另外的间隙He原子捕获，结合能分别为0.96 eV和0.66 eV。HenV团簇中，每个He原子的平均形成能随He原子数n增大而降低，说明HenV团簇的长大驱动力随n增大而加强。
⑵用第一原理方法计算了多种密排六方金属(Be、Ti、Zr、Sc、Mg、Y)中He原子的稳定性，结果表明：在这些密排六方金属中，He原子的稳定性排序为Befcc>bcc。元素周期表内，同一周期的金属中，从左到右间隙He的形成能有先增大后减小的趋势，最稳定间隙位置变化为FC→TC→OC；同一族的hcp或fcc金属中，从上到下间隙He的形成能降低，而bcc金属则有相反的趋势。
⑶通过拟合第一原理方法得到的Ti-He原子间相互作用势曲线，建立了Ti-He作用对势。运用此势函数对Ti-He体系的动力学计算结果表明：He原子在八面体和空位处的形成能与第一原理方法得到的结果一致，8个He原子的团簇能够发射一个自间隙Ti原子，自间隙Ti原子倾向于以挤列子形式排列在(002)面上。密排六方Ti中间隙He的扩散是各向异性的，[001]方向的扩散激活能较低，计算得到的扩散常数与实验值相符。这说明本论文所建的Ti-He对势函数是合理的。
⑷用分子动力学方法计算氦空位团簇HemVn(m≤72，n≤7)的稳定性，结果表明：团簇尺寸较小时，相同氦空位比率的团簇尺寸越大，团簇对He原子的结合能力越强；尺寸较大的团簇(m≥35)与间隙He、空位、自间隙Ti原子的结合能几乎不变，结合能大小为：空位>间隙He>自间隙Ti原子。这说明，大尺寸团簇对He原子的吸纳能力更强，空位充足时，团簇可通过结合空位和间隙He的方式长大；空位很少而He原子充足时，团簇可通过吸收He原子并发射自间隙Ti原子的方式自发地长大。
⑸用第一原理计算了Am(MH4)n(A=Li、Na、Mg；M=Be、B、Al)型轻金属复合氢化物热稳定性，结果表明：可用结合能表征这类氢化物的热稳定性，M-H共价键作用能占结合能的75％，故可用M-H键序近似地表征Am(MH4)n的热稳定性。提高A元素的负电性，或降低的M元素的负电性，可减弱M-H共价键序。这表明，通过改变A或M的负电性可以改变Am(MH4)n热稳定性。据此，我们推断MgBeH4热稳定性较差，第一原理计算表明MgBeH4可能的晶体结构为p21/n型，开始裂解放氢温度约为150℃。