非晶合金的形成能力和宏观性质由其微观原子尺度结构决定。虽然目前已经知道非晶合金的结构具有短程有序、长程无序的特点,但是其短程序结构和中程序结构的几何排布尚不清晰,因此非晶合金结构和结构与形成能力、性质的关系仍需进一步的澄清。此外,通过快速冷却金属液体从而得到非晶合金涉及相转变过程,对该过程中液体结构演变的深入、系统的研究可进一步为设计进而制备大块非晶合金提供必要的理论指导,但目前学界对非晶合金形成过程中涉及的液体微观结构变化研究尚浅,故非晶合金相转变过程中导致动力学特征显著变化的结构作用机理亟待揭示。基于此,本文采用了传统数据分析、经典分子动力学模拟以及第一性原理分子动力学模拟、基于神经网络的机器学习等方法研究了Cu-Zr、Ni-Zr、Ni-Nb、Pd-Si等体系的微观原子尺度结构、非晶形成能力和非晶相转变过程,阐明了微观原子尺度结构对动力学特征和非晶形成能力的作用规律,建立了动力学特征与微观原子尺度结构的关联,探索了晶体生长速率与非晶形成能力的关系,并开发了可用于非晶合金结构分析和晶体结构搜索的神经网络势函数。主要成果如下:（1）提出了一个能有效表征非晶形成能力的新因子。从经典形核速率、晶体生长速率公式和不同类型的非晶合金体系的实验数据出发,利用理论推导、数据分析等方法提出了一个能有效表征非晶形成能力的新因子G（0.15）=（Tg-T0）Tl~2/（Tg（Tl-T0）~2）（Tx/（Tl-Tx））0.15,其中Tg为玻璃转变温度,T0为理想玻璃形成温度,Tl为液相线温度,Tx为开始结晶的温度。对于23种不同类型的非晶合金体系,新因子均能很好地表征及预测非晶形成能力。通过理论分析发现,新因子与液相线温度处的黏度相互关联,这为实验上开发大块非晶合金提供了有效的理论指导。（2）揭示了非晶合金微观结构与动力学性质以及原子势能的相互关联。对于Cu64.5Zr35.5体系,其在1100 K下动力学弛豫时间和动力学性质不均匀性迅速增加是由短程序结构含量的迅速增加引起的。当原子团簇更趋向于短程有序结构时,中心原子的势能和位移随之线性降低。对于Cu-Zr-Al体系,当由短程序结构构成的中程序结构连接得更紧密时,中程序结构的动力学性质与形成非晶合金所需的动力学效应减缓密切相关。（3）确定出了Ni-Zr非晶合金体系的新型短程序结构并揭示了其具有较弱非晶形成能力的机理。对于Ni50Zr50体系,其主要短程序结构为"Z11"结构、"混合”结构和"Ni-B33"结构,其中,"Z11"结构和“混合"结构由B2相结构和正二十面体结构共同组成,而"Ni-B33"结构与晶体B33结构的化学有序度完全一致。对于Ni64.5Zr35.5体系,其主要短程序结构为“混合”结构、"交织立方体”结构和"类正二十面体”结构,其中"交织立方体”结构表现出与晶体结构非常相似的化学有序度。因此在Ni-Zr体系中,较少的正二十面体结构和存在的部分晶体结构使得该体系的非晶形成能力较弱。在分子动力学模拟过程中,观察到玻璃中的主要结构（"Z11"结构、"混合”结构和"类正二十面体”结构）与晶体相中的结构（"Ni-B33"结构和"交织立方体”结构）的相互竞争过程,而主要短程序结构的总含量随着等温退火时间的推移而增加。（4）阐明了不同成分Ni-Nb体系的短程序结构及排布特点,并揭示了体系在共晶点附近具有最好非晶形成能力的原因。在Ni62Nb38非晶合金体系和Ni48Nb52、Ni59.5Nb40.5、Ni75Nb25液体中,以Ni为中心的主要短程序结构为扭曲二十面体结构以及正二十面体结构,而Nb原子周围的主要短程序结构为Frank-kasper Z14、15、16结构。其中,扭曲二十面体结构的扭曲位置的化学有序度与其它位置的显著不同,并且扭曲二十面体的空间排布效率低于正二十面体结构。Ni-Nb体系的非晶形成能力由短程序结构的含量、五重对称性程度和中程序结构网络的排布共同决定。（5）开发了用于研究Ni-Nb体系凝固过程的新型原子间势函数。通过在拟合势函数过程中包含Ni-Nb化合物的形成能数据,开发了能较好描述Ni-Nb体系晶体结构能量的新型势函数。借助开发的新型势函数研究了Ni3Nb和Ni6Nb7相的凝固过程,并从晶体生长速率较低的角度解释了Ni62Nb38非晶合金具有良好非晶形成能力的原因。（6）利用机器学习方法开发了Pd-Si体系的新型神经网络势函数。通过在拟合势函数的过程中考虑液体、晶体的第一性原理密度泛函能量和原子受到的力,利用机器学习神经网络的方法开发了Pd-Si体系的新型势函数。该新型势函数能较好地描述液体和晶体结构、晶体结构的能量排序和液固界面的形貌和迁移。结果阐明了机器学习方法在势函数拟合过程中的应用,并澄清了Pd82Si18体系具有较好非晶形成能力的原因。