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表面结冰局限了许多材料在低温下的使用。近年来，雪灾破坏基础设施，机翼或螺旋桨被冻住导致飞机失事的报道屡见不鲜，造成了严重的经济损失和人员伤亡。因此，研究表面结冰现象和设计防结冰材料与人们生活息息相关。事实上，目前对表面异相结冰过程的微观机制研究进展缓慢，这是由于实验上缺乏有效的手段表征体相水、结合水以及冰的结构差异，而理论计算一般所能达到的最大时间尺度（微秒）不足以研究水结冰的相变过程。本文基于分子动力学模拟，研究了线张力在异相成核过程中的作用，并提出了一种全新的线张力计算方法;建立了一类具有相同晶格结构但氢有序度不同材料表面，发现了氢有序度在异相成核过程中的主导作用;研究了具有抗冻活性的多肽、石墨烯衍生物的水合层，结果表明抗冻活性是结构依赖的，仅靠水合层的动力学研究不足以获取较为全面的抗冻机制。主要内容如下: 1.我们将通过求亥姆霍兹自由能在空间上的微分计算压强和表面张力的方法推广到了线张力，得到了一个较为普适的线张力计算公式(τ)Ltot=V(Trp⊥-p‖-pbulk)。把Irving-Kirkwood将压强张量分配到空间中的方法推广到了三维，使得计算分子动力学模拟体系中线张力在空间中的分布成为可能。我们建立了气/液/固和气/液/液两种三相共存体系，验证了该计算方法的准确性，合理性。研究结果表明，线张力的确存在，但对微米尺度液滴的影响有限，表面张力仍然是异相成核过程中至关重要的因素。 2.设计了一类具有相同晶格，但氢有序度能够变化的表面，其中有与IceIh晶格差异小于5％的β-AgI[0001]表面，Ice Ih[0001]面，IceIc[111]面。通过调整Ag理论模型中原子带电量，发现其界面上的单分子水层的氢原子有序度发生了从0.02-0.30的变化，进而导致了20K以上的冰点差异。在Ice Ih[0001]面上，直接将氢原子有序度设为0.1-1.0，同样发现了该冰点差异以及80°以上的临界冰核在材料表面的接触角差异。在其他表面上定性分析了氢原子有序度对异相成核能力的影响，结论一致。这一结果表明，氢有序度能控制材料亲冰或疏冰。 3.建立了一些具备抗冻活性的多肽、石墨烯衍生物的分子动力学系统。其中有TypeⅠ型鱼类抗冻蛋白中的α螺旋型序列DTA，抗冻甲虫蛋白TmAFP中的TCT片段，石墨烯羟基衍生物，石墨烯氨基衍生物等，研究了它们表面的水合层。尽管他们的水合层动力学上存在差异，但要想获取较为全面的抗冻机制，还需要将动力学与结构关联等进一步工作。