聚集、吸附、沉积等现象是自然界中广泛存在的物理过程。二肽分子在溶液中聚集成网状的凝胶结构,可以用于药物缓释或水处理；海洋生物分泌的粘液在船舶表面的附着会加速船体腐蚀,影响航速；真空条件下模板诱导有机分子沉积可以用来制备表面结构可控的功能材料。这些物理过程发生在生产生活的各种领域,因此研究这些过程发生机理、背后的驱动力等对我们理解并利用其改进现有的生产方式有至关重要的作用。本论文主要采用分子模拟的方法研究了几种典型物理过程发生的机理和规律,以期对生产实践做出一定的指导。由于这些物理过程通常发生在较大的时间尺度上,因此我们采用了粗粒化或者蒙特卡洛介观模拟的方法。具体的研究内容包括几下几个方面：1.采用粗粒化的分子动力学方法研究了Fmoc保护的丙氨酸二肽在溶液中的聚集过程。经过200ns的动力学模拟,二肽分子最终形成了相互交缠的三维网状凝胶结构,并在此结构中发现了Fmoc环面对面形式的π-π堆积。其形成过程：二肽分子在Fmoc环间π相互作用和疏水作用的驱动下,首先聚集成小的聚集体,这些聚集体进一步地融合长大,并且通过其间的尾链交缠,构成凝胶的三维结构。通过对凝胶周围水分子的动力学分析表明随着浓度增大,凝胶的交联程度也逐渐增大,水分子的扩散系数显著降低。2.采用分子动力学方法进行了两种典型聚合物防污材料PDMS和SBMA的表面防污机理研究。经过20ns的动力学模拟,蛋白质均吸附在两者表面,但PDMS与模型蛋白之间存在较大的接触面积、较多的氢键和范德华接触,因而形成了更加稳定的结合,相比SBMA更难于脱附。蛋白质与防污膜间的作用力和结合能也说明了这点。对于SBMA拥有更好防污能力的原因,我们认为是SBMA和表面水化层分子间通过氢键、静电和分子链的笼效应在表面束缚了一层稳定的结合水,该水化层能够提供蛋白质吸附过程中所须要克服的物理屏障和能量壁垒。在以上分析的基础上我们进一步总结了蛋白质的吸附／防污机理：首先是蛋白和防污膜表面的去溶剂化,然后蛋白质通过一系列的构象调整,改变表面亲疏水性、电荷分布等,和基底之间通过形成氢键、范德华作用和静电作用等,以尽可能大的接触面积形成稳定吸附。3.采用动力学蒙特卡洛方法研究了模板诱导有机分子沉积过程中的薄膜生长过程。其中,薄膜的生长过程可以分成三个阶段：1)边缘诱导区域选择性生长阶段,即沉积粒子在衬底与图案形成的台阶边缘处成核生长；2)层层生长阶段,即粒子采用层层生长的方式生长,由于沉积粒子间存在较强的相互作用,当沉积粒子逐层排列的时候其能量上最稳定,不易再跃迁；3)中心成核生长阶段,即沉积粒子在扩散较慢的PTCDI-C8区域随机成核生长。最后我们又分别研究了模板尺寸以及有机分子间相互作用强度对成核控制效率或区域选择性的影响。