以Hg金属为温度载体的体温计被广泛使用,但是由于毒性较大,在联合国环境规划署于2013年月9日颁布了《水俣公约》后,如何限制Hg金属的使用,减少Hg对环境和人类健康带来的危害,使得研制一种无Hg金属水银温度计被越来越多的人所关注。Ga基合金由于具有低熔点的特殊的性质,一直以来被作为Hg金属替代物的最佳选择,其中Ga-In-Sn三元合金已经投入实际生产,在此基础上,人们一直尝试通过改变合金成分来得到性能更加优良的低熔点合金。因为物质的性能与其结构之间存在着密切的联系,研究Ga基合金的结构特点有助于对其性质的优化,所以本文通过第一性原理分子动力学模拟的方法系统的计算了从纯Ga到Ga-In.Ga-Sn、In-Sn到Ga-In-Sn合金的液态结构特点。首先计算了不同温度以及极限冷却条件下的纯Ga的结构。在不同温度的纯Ga熔体中(173K-2000K),随着温度的升高,由于原子的扩散能力增加,导致双体分布函数第一峰位置向左偏移,配位数随着温度的升高随着温度的升高总体成上升趋势。熔体中团簇主要是以3、4次对称的键对为主,Voronoi多面体主要是11、12配位,且多面体类型较为分散,没有占据主导地位的多面体类型,代表正二十面体类型的<0,0,12,0>含量很少。在1014K/S的速度冷却到34K时,Ga的双体分布函数在第二峰出现劈裂,Ga形成了类似非晶的结构,与熔体明显不同,非晶Ga是1311、1201、1211等键对组成结构,Voronoi多面体类型有较大的不同,非晶Ga的结构主要以低配位的结构较为开放的多面体类型为主。通过计算组成Ga-In-Sn合金的三种Ga-In、Ga-Sn、In-Sn二元合金系发现,经过计算得出的这几种二元合金的混合焓数值全部为正,△Hmix(Ga-In)< △Hmix(In-sn)<△Hmix(Ga-Sn)。经过双体分布函数,配位数的分析得知,混合焓数值的正负不能主导熔体中原子周围的配位特点,还应考虑诸如原子尺寸等方面的因素。Ga-In合金在富In端呈现同类原子偏聚的特点,In-Sn,Ga-Sn合金原子倾向于随机分布,这三种二元合金结构相似,13xx键对要大于15xx键对,由于原子半径的影响,Ga周围主要是以10、11、12配位多面体为主,In、Sn主要以11、12、13配位多面体为主。通过计算了共晶成分的Ga76In14Sn10在不同温度下的液态结构发现,随着温度的降低,Ga76In14Sn10熔体中占据前四位的键对为1431、1311、1422、1541,当降温到273K以下时,1431、1541、1551、1441、1661键对呈明显下降趋势,1311类型键对有所上升。对比Ga76In14Sn10、Ga85.4In14.2、Ga91.6Sn8.4这三种共晶合金发现,三元共晶合金熔体中的低对称性不饱和的键对,例如1201、1301、1311要比二元共晶合金中的含量高,另外,在三元共晶合金熔体中各种原子的自扩散系数都要小于二元合金。Voronoi多面体分析表明,以Ga为中心的Voronoi多面体以10、11、12多面体为主,以In为中心的Voronio多面体以12、13、14多面体为主,以Sn为中心的Voronoi多面体以12、13多面体为主。经过以上研究与DSC测试分析,甄选出了一种新成分配比的合金,Ga76In14Sn9Bi2,这种合金可以在过冷到258K时仍然保持液相。