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本文介绍采用第一性原理方法对Ti-Si-N纳米复合薄膜中界面结构形式、性能及形成的研究。为探究Ti-Si-N纳米复合薄膜中界面相的微观结构、性能及形成机理，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了三部分内容。首先计算了单粒子：硼（B）、碳（C）、锗（Ge）、硅（Si）在过渡金属氮化物中固溶结构形式，并考查了单粒子固溶结构形式的力学性能。随后计算了硅（Si）粒子在TiN晶体中固溶所形成的界面结构形式，并对两种界面的力学性能进行计算。最后采用Nudged Elastic Band算法对Ti-Si-N岛在TiN（001）表面构型的演变过程和单粒子在TiN（111）表面迁移行为进行了计算，分析了Ti-Si-N纳米复合薄膜中界面形成机理。通过上述研究得到以下主要成果。（1）Si粒子在TiN、ZrN、HfN和TaN晶体中固溶以及Ge粒子在TiN晶体中固溶情况为，单粒子不会进入晶粒，形成过渡金属氮化物固溶体。随着晶粒间距离变化单粒子可以在晶粒间形成间隙固溶或置换固溶；Si粒子在NbN和B粒子在TiN晶体中可以形成间隙固溶；Si粒子在VN和C粒子在TiN晶体中均为置换固溶。单粒子固溶在过渡金属氮化物中形成低能量的置换型和间隙型固溶体的弹性常数、体模量和剪切模量均低于对应过渡金属氮化物的力学性能。（2）在TiN晶粒中Si粒子是无法形成间隙型界面；在TiN晶粒中如果Ti粒子缺陷形成空位时，Si粒子可能占据Ti粒子形成置换型界面。比较两类界面构型的结合能，构型为1Si-4N4Ti间隙型界面单位体积的结合能（703.355eV/nm~3）大于构型为1Si-6N置换型界面的单位体积结合能（690.456eV/nm~3）。对于界面的力学性能：置换型界面的体积模量B为260.487GPa，剪切模量G为193.682GPa；间隙型界面的体积模量B为207.014GPa，剪切模量G为68.757GPa；较TiN晶粒均有所下降，但是两类界面同时具有力学稳定性。（3）在TiN（001）表面上最稳定的岛构形是Si-by-2Ti2N。在Ti-Si-N沿（001）表面生长时，Si粒子趋于与TiN相分离。Ti-Si-N表面生长时Si原子趋向于与N原子结合，向更加稳定的Si-by-2Ti2N结构演变的激活能为1.936eV。Si粒子较容易占据Ti粒子空缺位，而占据N粒子的空位较难，即容易形成Si占据Ti位置换型界面。单粒子在TiN（111）表面吸附与迁移，Si粒子最稳定位置为N表面的fcc-HL位即Si占据Ti位形成构型为Si-6N的置换型界面。总之，Ti-Si-N纳米复合薄膜中存在由Si粒子固溶形成的两种形式的稳定界面结构，置换型界面和间隙型界面为两种相对稳定的界面结构。在一定条件下优先形成置换型界面结构，而间隙型界面的形成条件更为苛刻。