近年来，由于聚合物基无机纳米复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，受到众多科研者的关注。本文通过计算机模拟手段，基于第一性原理和分子动力学方法对聚酰亚胺/KTN复合材料的结构和性能进行研究，分析钾空位对KTN电子结构和性质的影响，分析不同掺杂比例、尺寸和形状的KTN粒子对复合材料微观结构及性能的影响。首先构建KTN及空位模型，利用第一性原理计算分析其电子结构和性质的变化。随后构建聚酰亚胺/KTN复合模型，用分子动力学方法计算聚酰亚胺与纳米KTN粒子表面的相互作用能，研究不同掺杂比例和不同形状的纳米KTN对表面相互作用能和表面键能的影响，探究聚酰亚胺与纳米KTN分子间的键合形式。最后利用多尺度建模方法构建聚酰亚胺/KTN复合模型，利用分子动力学方法研究不同粒径纳米KTN粒子对聚酰亚胺机械性能的影响，并通过分析界面键能和颗粒表面原子数目来研究小尺寸效应。模拟结果表明：在KTN晶体中，由于钾空位的出现，Ta原子位移大于Nb的原子位移，Nb原子和O原子之间的键能作用更强。KTN粒表面原子的键能在2.058-12.988kcal/mol之间，纳米颗粒与基体通过范德华力和氢键结合在一起。相同填充比例下，球体团簇KTN颗粒与聚酰亚胺界面的表面键能明显大于立方体、圆柱体和圆锥体团簇。聚酰亚胺基体杨氏模量和泊松比分别为2.914GPa和0.370，掺杂KTN的聚酰亚胺复合物杨氏模量和泊松比分别为3.169GPa和0.353，说明掺杂KTN可以使聚酰亚胺机械性能有一定的提高。此外，由于小尺寸颗粒单位表面积原子数目大，与基体作用更强，掺杂小尺寸KTN纳米颗粒可以显著提高聚酰亚胺的机械性能。