随着研究技术的逐渐成熟,越来越多的具有优于传统金属材料的合金被研究发现。该类合金材料由于具有良好的物理特性,因此被广泛应用于工业领域。在目前研究中,大多数集中于实验法制造高性能的合金物质RT₂Al₂₀,主要是以稀土、锕系和钙元素金属化合物,但是却鲜有研究此类化合物的弹性性能、电子结构以及热力学性能等。本文主要是以第一性原理的密度泛函理论的方法,系统的计算分析了钙金属化合物CaT₂Al₂₀（T=Ti,V,Cr,Nb,Mo,Ta）、稀土化合物GdT₂Al₂₀（T=Ti,V,Cr）和锕系化合物ThT₂Al₂₀（T=Ti,V,Cr）的物理性能。其中,计算得到的生成焓和声子散射图表明三类晶体材料具有结构稳定性。又根据力学性质得到了晶体材料的弹性模量、弹性常数、剪切模量、杨氏模量、脆韧性以及硬度等,计算结果表明三类化合物具有比纯Al更好的弹性性能,并且其物理特性都优于纯Al金属。此外,根据态密度分析了相应的轨道杂化,以此研究三类物质的电子结构。证实CaT₂Al₂₀、GdT₂Al₂₀、ThT₂Al₂₀金属化合物的较好弹性性能归因于Ca/Gd/Th-Al键、Ca/Gd/Th-T键和T-Al金属键的结合强度。根据光学特性曲线,分析了钙金属化合物CaT₂Al₂₀的能量损失函数、介电函数、反射光谱和吸收光谱。论文最后,通过与状态方程拟合的方式,分别计算了CaT₂Al₂₀、GdT₂Al₂₀、ThT₂Al₂₀的自由能、体积模量、热膨胀系数和熵与温度的关系,得出在高温情况下,该类晶体材料表现出比纯铝更好的热力学性能。