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金属玻璃又称作非晶态材料，是在液态熔融金属状态下，通过急速冷却技术得到的非晶态金属或者合金，因其结构与玻璃类似而得名。金属玻璃的结构与一般金属材料存在显著不同，因此在力学、电学、磁学等多方面都有着独特的优良性质，能够广泛应用于各种领域的产品，是各国近年来积极研究开发的新型材料之一。金属玻璃的形成过程是液体结构稳定性和晶化动力学相互竞争的过程。一方面，熔体性质尤其是过冷液体的性质对金属玻璃的形成具有重要的影响。具有稳定局域原子结构的过冷液体能够有效降低晶化驱动力。另一方面，晶化动力学被认为是过冷液体中玻璃转变的控制因素。根据经典形核理论，形核率主要由合金原子的扩散率控制。粘度较大的液体具有较高的稳定性和较好的玻璃形成能力。目前关于金属玻璃的理论还很不完善，揭示金属玻璃形成规律以及提出有效金属玻璃成分设计方法的是金属玻璃研究的重要领域。 本研究拟通过结合第一性原理、分子动力学和相图等理论方法研究金属玻璃的形成机理，影响金属玻璃形成能力的因素，并探索多组元大块金属玻璃的成分设计方法。具体研究内容如下: (1)利用第一性原理和经典分子动力学方法研究纯金属在快速冷却条件下相转变与冷却速度之间的关系;研究金属过冷液体中局域团簇结构的稳定性以及在晶化过程中从非晶团簇到晶体团簇的转变路径。并从形核路径角度评估具有不同晶体结构的金属在快速冷却条件下结晶的难易程度。 (2)基于第一性原理分子动力学，提出一种精确计算含有铁磁性过渡金属元素的合金液体热力学性质的方法，对热力学性质给出严格的物理描述。并且准确预测不同温度下与成分有关的Al-Fe合金的热力学性质;利用第一性原理和德拜热力学模型预测亚稳状态下M23C6（M代表过渡金属元素）化合物的结构稳定性和热力学性质。 (3)基于第一性原理分子动力学方法研究Ce元素对Al-Fe合金在过冷液态和玻璃态下的热力学性质，动力学性质和原子结构的影响，并且探讨Ce元素对Al-Fe合金玻璃形成能力的增强机理;基于第一性原理分子动力学方法研究不同溶度的溶质元素（B和Y）对Fe-B-Y合金在过冷液态和玻璃态下的热力学性质，动力学性质和原子结构的影响，并且预测Fe-B-Y合金体系中具有最佳玻璃形成能力的成分范围。 (4)利用经典分子动力学方法研究不同初晶相对Zr-Ni合金在快速冷却条件下相变过程的影响，从热力学性质，动力学性质以及原子结构方面揭示影响Zr-Ni合金玻璃形成能力的主要因素。 (5)分析不同晶体相在Fe基合金中析出的难易程度，根据热力学数据库总结Cr、Mn、Mo、Co、Ni、Cu、V、W、Nb、Ti、Zr、B、C、Al、Si和Y元素对不同析出相的影响，基于计算相图提出一种多组元Fe基大块金属玻璃的成分设计方法。