具有表面化学和形状各向异性的胶体体系在光电性质、界面活性以及药物输运等方面具备极大的优越性,涉及到材料科学、凝聚态物理、生命科学等多个学科领域。补丁胶体因补丁数目、补丁大小以及补丁几何分布的可调控,而成为一种具备发展成为带有目标性质的新型功能材料的构筑单元。因而,补丁胶体体系近年来受到人们的广泛关注。胶体颗粒的表面各向异性和软形变特性为功能材料的设计提供了新的思路,同时也增加了人们对补丁胶体体系结晶与玻璃化转变微观机制的理解。在本论文中,针对补丁胶体体系,我们采用分子动力学的模拟方法,系统地研究了表面各向异性和软形变特性对补丁胶体体系结晶与玻璃化转变的影响。主要的研究内容和结果如下:研究单补丁胶体颗粒的堆积问题。相对于硬球胶体体系,由于表面各向异性和软形变特性的存在,单补丁胶体颗粒的堆积问题变得十分复杂。研究发现,稀溶液相中的单补丁胶体颗粒可自组装形成单螺旋、双螺旋、双分子层、超胶束、Bernal三螺旋、凝胶网络等多种结构。对比不同软硬度体系,相对较软的单补丁胶体颗粒容易形成单螺旋和双螺旋结构;增加粒子的弹性模量,相对较硬的单补丁胶体颗粒更容易形成Bernal三螺旋结构。调节粒子的弹性模量实际上是影响了螺旋结构的配位数。改变粒子的软形变特性和表面各向异性,能够有效地调控螺旋结构的配位数和配位粒子之间的夹角,进而得到结构规整的螺旋结构。研究发现,调节粒子的堆积密度和补丁之间的吸引强度,单补丁胶体颗粒聚集形成多种密堆积结构,包括塑性面心立方晶体、塑性体心立方晶体、四方柱状晶体。增加粒子间的吸引强度实际上影响了单补丁胶体颗粒的取向有序性。增加补丁之间的吸引强度,晶格位置粒子的取向有序性增加,这有利于四方柱状晶体的形成。理解单补丁胶体颗粒松弛与扩散动力学。研究发现,在接近玻璃化转变点时,单个粒子的平动与转动松弛时间之间的关联系数随着温度的降低而增大,表明了平动松弛与转动松弛之间的耦合关系;单个粒子的平动与转动运动性之间的耦合系数随着温度的降低而减小,表明了平动扩散与转动扩散之间的非耦合关系。平动扩散与转动扩散之间的非耦合是由于,在接近玻璃化转变点时,单补丁胶体颗粒的平动运动性受到抑制而转动运动性反而有所促。此外,平动运动性和重取向运动性的关联系数随着温度的降低而增大,表明了平动与重取向扩散之间的耦合关系。无论是在高温还是低温条件下,单补丁胶体体系Stokes-Einstein关系以及Stokes-Einstein-Debye关系都发生破缺。研究表明,单补丁胶体颗粒的“跳跃”运动导致了低温下Stokes-Einstein的破缺,而高温下Stokes-Einstein关系的破缺是由于单补丁胶体颗粒整体性“牢笼”运动所导致。探究多补丁胶体脆性的热力学和动力学起源。研究发现,随着温度的降低,多补丁胶体体系的快松弛模式与慢松弛模式之间具有非耦合关系。快松弛模式与粒子快速的弹道运动相关联,而慢松弛模式与粒子结构松弛相关联。随着温度的降低,弱吸引体系慢松弛模式的弛豫时间由q-2依赖性变为q-1依赖性,而强吸引体系慢松弛模式的弛豫时间几乎保持着q-2依赖性。研究表明,慢松弛模式的弛豫时间由q-2依赖性转变为q-1依赖性,这是由于多补丁胶体颗粒非连续的“跳跃”运动导致。随着吸引强度的增加,多补丁胶体体系的松弛动力学由临界动力学变慢行为过渡到非临界动力学变慢行为。研究表明,弱吸引的多补丁胶体体系的临界动力学变慢行为是由热力学因子和动力学因子共同主导;而强吸引的多补丁胶体体系的非临界动力学变慢行为由动力学因子主导。