金属的熔体状态是绝大多数金属材料/金属制品制备的必经状态。金属材料的微观结构和物理化学性质通常与其熔体的成分和结构密切相关。因此,研究熔体结构对于设计和制备新型结构和功能材料具有重要的意义。本文建立了一种描述热力学稳定态的金属熔体团族结构模型-Wulff团簇模型,该模型首次应用于描述金属熔体的结构特征,并实现了对形核之前团簇结构及尺寸的变化的研宄,为在原子层次上揭示形核机理提供了理论基础。具体的内容如下:首先,通过对纯金属A1和Cu高温X射线衍射（HTXRD）结果的分析,提出了一种新的描述熔体团簇结构的模型,团簇结构的形状由不同晶面群的表面能决定,该表面能则是采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）计算完成,团簇的内部结构保留有固态时的晶体结构,而团簇尺寸是由高温X射线衍射强度经傅里叶变换得到的双体分布函数（Pair distribution function,PDF）g（r）来确定的。该模型结构的模拟X衍射强度曲线与实验结果吻合良好,包括峰的位置和宽度及第一峰和第二峰的相对强度。这些结果表明,该团簇模型可以很好地描述纯金属熔体的结构性质。不仅如此,该模型也成功解释了纯A1在固液相变前后出现的主峰偏离现象。第二,通过提出限定性条件,（1.假设二元合金中两种金属熔体的团簇结构尺寸比较接近;2.在满足热力学平衡统计的条件下,将二者的团簇分开独立研宄;3.假设二元合金熔体中团簇数目比例与合金原子成分比例保持一致）将Wulff团簇模型推广到二元匀晶合金熔体中（Cu-Ni和Ag-Au）。在液相线以上高温区间内,实验和模拟的XRD结果在第一峰和第二峰的角度和位置等方面都吻合良好;而在液固混合相区附近的低温区,模拟结果存在着第二峰位置偏移和强度差异。在考虑到高熔点金属优先形核而导致的结构和成分比例变化并经过合理的修正后,模拟的第二峰与实验值吻合良好。这也反映了在液固混合相区附近,高熔点金属生长过程的开始。第三,将Wulff团族模型应用于二元共晶合金熔体中,也提出了相关限定性条件（1.假设合金熔体中的两种金属的团簇模型尺寸比较接近;2.假设两种元素完全不互溶,将二者的团簇分开独立研宄;3.假设合金熔体中团簇数目的比例与合金原子成分比例保持一致）。在此基础上选取了金属-金属类（Ag-Cu）以及金属-非金属类（Al-Si）共晶合金展开研究。主要结果如下:两种共晶合金在液相线以上的高温区模拟结果与实验结果均吻合良好,证明了 Wulff团簇模型应用于共晶合金的高温区是成功的。但是Al-Si合金熔体在共晶点附近的低温区则产生了第二峰的强度和位置偏移的情况。将模拟结果进行结构修正后与实验结果吻合良好,从侧面表现出Si团簇在形核前的生长过程。对于Ag-Cu合金在液相线附近未出现第二峰的强度与位置偏移,推测主要是由于Ag-Cu两种团簇互相抑制形核导致。第四,将Wulff团簇模型应用于二元金属间化合物（FeAl）体系中,并研究其形核前的生长过程。首先研究了其缺陷与电子结构,力学性能的关系,得到了微观结构、电子特性与宏观力学性能的对应关系。结果表明,铁原子空位（VFe）结构更稳定且倾向于聚集在一起。FeAl金属间化合物的杨氏模量和弹性常数会随着空位浓度的增加而下降,并且力学性能会发生从脆性到韧性的转变。随后根据化学势建立了 FeAl金属间化合物熔体团簇的Wulff结构模型,得到了在不同成分范围内熔体的团簇结构的变化趋势。提出了基于晶面族排列顺序的准静态生长模型,该模型忽略了整层原子的形成方式,着眼于层与层之间的相对位置与势垒等方面,得出FeAl金属间化合物原子团簇生长过程的一系列中间态。通过计算Al/Fe原子在最稳定的（100）表面的浓度变化趋势,以及模拟吸附在这两种表面上的最稳定原子层,初步验证了该模型的合理性。