新能源材料和光学材料如果遇到外部极端环境的影响(如:高温、高压、强激光辐照等),会发生微观结构形变和相变。微观结构的改变会影响材料宏观性能的表现,如抗损伤性能、光电性能、电磁性能、安全性能等,而这些性能与人们生产和生活密切相关。材料微观结构的改变往往不利于人们对这些性能的理解和驾驭,也会影响科研研究和实际应用。为此,从理论上系统地研究作为新能源材料和光学材料的碱金属/碱土金属氢化物基态或高压情况时的微观结构形变、电子能带结构、晶体内部电荷分布和光学性质的激发机理是必要的,对这些材料的实验研究和开发应用具有重要的指导意义。本文基于密度泛函理论计算和研究得到如下几点重要结论:利用等焓原理研究了LiH、NaH、KH、RbH和CsH的高压相变行为。B1向B2相发生相变时的相变压分别为336.2、30.5、4.1、3.1和2.3GPa,相变压随原子序数增大而降低。静水应力-应变关系计算结果显示:基态时,B2相LiH、NaH、KH、RbH和CsH结构均不稳定;高压情况时,拉伸或压缩弹性常数C11、剪切弹性常数c’和体积弹性模量B是引起立方碱金属氢化物发生高压相变的主要因素。压力存在时,B1和B2相LiH、NaH、KH、RbH和CsH均有向塑性转变的趋势。HSE杂化泛函能带计算结果说明:B1相碱金属氢化物均为直接带隙材料,带隙随原子序数增大先增大后减小;B2相碱金属氢化物均为间接带隙材料,带隙随原子序数增大而增大。B1和B2相LiH带隙均随着压力增大而减小,存在着由半导体向导体转变的趋势,且它们的价带和导带均为非局域的;B1和B2相NaH、KH、RbH和CsH价带具有很强的局域性,但导带均为非局域的。压力对立方碱金属氢化物的能带分布也存在一定的影响。Mulliken电荷布居分析显示:基态和相变时,电荷主要布居在碱金属和H原子的周围,主要来自碱金属原子p态和H原子1s态电子,电荷由碱金属原子向H原子转移,压力的存在一定程度上影响了碱金属氢化物晶体内部的电荷分布。复介电函数和Kramer-Kronig关系计算结果显示:B1和B2相LiH、NaH、KH、RbH和CsH均适合作光学介电材料且当介电实部小于零时呈现出金属行为;线性光学吸收区都比较宽泛且均位于紫外光区内,适合作紫外光学吸收材料;消光系数类似于介电虚部,可以用介电虚部光电子跃迁机理来合理解释消光系数;除B2相RbH外,LiH、NaH、KH、RbH和CsH的反射率和能量损失谱均比较宽泛,光子通过它们时反射和能量损失较大,不适合作光学透过材料。压力的存在一定程度上影响了它们的线性光学性质,对应曲线发生了不同程度的红移或蓝移。声子谱计算结果显示:β-BeH2、β 及y-MgH2、P63/MMC-CaH2(SrH2,BaH2)和P6/MMM-SrH2基态时力学结构不稳定。GGA和HSE能带计算结果显示:HSE泛函方法计算的碱土金属氢化物带隙大于GGA计算结果。α及β-BeH2、β及γ-MgH2为直接带隙材料;γ、δ及ε-BeH2、α、δ及ε-MgH2 和PNM4 及P63/MMC-CaH2(SrH2,BaH2)为间接带隙材料;P6/MMM-CaH2(SrH2)为导体。碱土金属氢化物电子能带的共同特点:(1)除BeH2外,MgH2、CaH2、SrH2和BaH2价带具有很强的局域性;(2)导带均为非局域的;(3)P6/MMM-CaH2(SrH2)价带和导带发生交错,呈现金属行为。Mulliken电荷布居分析显示:碱土金属氢化物电荷主要集居在碱土金属原子和H原子周围,主要来自碱土金属原子s、p和H 1s态电子,电荷由碱土金属原子向H原子转移。BeH2、MgH2、CaH2、SrH2和BaH2均为共价键为主,离子键为辅的混合键型化合物。碱土金属氢化物介电峰主要起源于:价带H 1s和碱土金属原子p态向导带碱土金属原子s、p、d态电子跃迁贡献,或碱金土属原子自身带间跃迁形成,当介电实部ε1(ω)小于零时,均呈现金属行为;线性光学主要吸收区都比较宽泛且均位于紫外光区内,均为良好的紫外光学吸收材料;消光系数类似于介电虚部,可以用介电虚部光电子跃迁机理来合理解释消光系数;最大能量损失峰均位于紫外光区之内,β、γ及δ-BeH2,α-MgH2能量损失谱比较宽泛,不适合作为光学透过材料,P63/MMC和P6/MMM-CaH2(SrH2,BaH2)能量损失谱比较尖锐,适合作光学透过材料,也适合作高频情况下的减反材料。与GGA计算结果相比,利用HSE计算的BeH2、MgH2、CaH2、SrH2和BaH2介电函数、线性光学吸收系数、折射率、消光系数、反射率和能量损失谱曲线均向高能方向发生了蓝移,且强度也有相对变化。