超硬材料具有硬度高、熔点高、耐磨损和化学惰性良好等优异性质,在众多前沿机械领域广泛用做表面涂层、金属钻头和切割刀具等。由于金刚石在高温下会与氧、铁等发生反应,故限制了其广泛的应用,突破现有超硬材料的局限,寻找更为稳定的新型超硬材料已成为一种必然的趋势。目前,最主流的方法就是将硼、氧、碳、氮等轻的元素加入到过渡金属中,形成类似于金刚石中的共价键。本文通过以密度泛函理论为框架的第一性原理计算,以过渡金属硼化物（WB_x、Mo B_x和Mn B₄）为对象,对其力学特性进行系统研究,并阐述了力学特性的微观机制,为设计新型超硬材料提供有力依据。（1）根据W-B和Mo-B体系结构的结构特点,提出了TMB₃多型体这一结构,即由相同的AH单元根据不同的堆垛顺序构成的。我们列举了15种最小周期的结构相,并给出了详细的原子位置坐标、空间群以及堆垛序。根据第一性原理,我们计算了这15种结构的形成能,得出TMB₃多型体可视为2H和3R结构的组合,并且TMB₃多型体是稳定的。最后,我们计算了15种结构的体变模量、剪切模量和理论硬度,发现其力学特性几乎不受晶胞内金属原子层数的影响。此外,TMB₃多型体由于结构无序和声子折叠等因素显示出了极低的晶格热导率。由此,我们进一步提出可以合成多型体共存的多相固溶物来提高外在硬度,达到设计新型超硬材料的目的。（2）通过第一性原理对W-B和Mo-B体系的结构、能量和动力学特性进行了全面地计算。研究结果表明,h P3-TMB₂相在能量和动力学上是不稳定的,对其计算出的结构参数、力学特性以及XRD图谱都明显偏离了实验结果。相比之下,我们提出的TMB₃多型体在能量和动力学上更稳定,并且多型体的力学性能都很好的与实验数据吻合。因此总结出长期以来所认为的h P3-TMB₂相事实上是对一类在轴向有着纳尺度有序但长程无序的TMB₃多型体。更重要的是,我们展示了这种结构和组成上的改变是通过减轻理想h P3结构中强反键态相互作用的结果。因此,本工作不仅解决了一些长期以来存在的关于W-B和Mo-B体系晶体结构和力学特性的疑惑,而且还证实了一类多型体的存在。我们的研究结论为开发功能性的超硬纳米复合材料提供了新的思路。（3）通过第一性原理计算全面地研究了Mn B₄的三种磁态（NM、FM和AFM）的三种结构（m S10、o P10和m P20）的相稳定性、力学特性和电子结构。通过计算否定了m S10结构是Mn B₄的结构相,但m P20和o P10结构是可行的。更重要的是,我们发现了Mn B₄有着伴随磁结构与电子的相变,在438K（824K）时经受了从低对称性的NM m P20绝缘体到高对称性的FM（AFM）o P10金属的转变。根据Peierls扭曲,通过打破结构简并性来使NM m P20相稳定,而根据Stoner机制,通过解除自旋简并来使FM（AFM）o P10相稳定。因此,这种独特的由绝缘体向金属的转化,以及高刚度、高硬度等特性使得Mn B₄在技术应用方面潜力巨大,比如在极端条件下的热电开关和场效应晶体管。