热膨胀是无机固体材料的一个重要属性，表征材料膨胀难易程度的热膨胀系数是无机固体材料的一个重要的性能参数，尤其是在多晶、多相无机材料及复合材料中，由于各相及各方向的热膨胀系数的不同引起的热应力问题已成为选材、用材的突出问题。为了实现材料设计的目的以及在材料应用中正确的选材，首先必须认识晶体的微观结构和热膨胀之间的定量关系。固体的膨胀本质归结为晶体点阵结构中质点间的平均距离随温度的变化。晶体点阵结构中质点间的平均距离随温度的变化由质点间作用力的大小决定，质点间作用力越大，相应的固体材料的膨胀系数越小。质点间作用力的大小可以用晶格能来衡量，质点间的作用力越大，晶格能越大，所以固体品格能越大，相应材料的热膨胀系数就越小。晶格能也已经能够准确计算，基于以上考虑，本论文首先研究了简单化合物热膨胀系数与晶格能的关系，通过引入一个与膨胀系数和晶格能都直接相关的参数，并考虑材料点阵中阳离子的形式电荷与配位环境后，建立了相对于化学键概念的二者之间的定量关系，即可以通过化学键的晶格能计算化学键的膨胀系数，然后从各类化学键的膨胀系数计算晶体的膨胀系数。由于应用材料以复杂材料为主，考虑到复杂晶体化学键理论在复杂晶体的非线性光学、超导、硬度等属性方面的计算取得的成功，将从简单晶体所得到的定量规律通过复杂晶体化学键理论推广到复杂晶体热膨胀系数的计算中，我们发现该方法能够准确预测复杂晶体的热膨胀系数的大小，同时证明了复杂晶体化学键理论的普适性。　　 1.用以上方法得到的晶格能与膨胀系数的定量关系，从ABO4和ABO3晶体的晶格能计算ABO4和ABO3晶体的膨胀系数时发现：这两种类型晶体的膨胀主要来源于A-O键的膨胀；这两种类型晶体的膨胀系数主要由阳离子的化合价和配位数决定，且化合价对晶体膨胀系数的影响大于配位数的对晶体膨胀系数的影响；当晶体中的化学键的晶格能大到一定程度时，则该化学键几乎不受温度和压力的影响，呈现一定程度的刚性。　　 2.应用该方法计算多元复杂晶体Bi2Sr2CaCu2O8在三种可能的晶体结构下的膨胀系数，结果发现该晶体在三种可能的晶体结构下的膨胀系数相近。结果表明，在生长Bi2Sr2CaCu2O8晶体时可以不用考虑晶体中可能存在的超结构对材料的热膨胀系数的影响从而对生长的Bi2Sr2CaCu2O8晶体质量的影响。另外，我们研究了晶体中Bi离子和Cu离子的化合价改变时，晶体膨胀系数随之发生的变化，结果发现随着Bi离子表观化合价的升高，晶体膨胀系数减小，但是减小的幅度很小。对X3Al2Si3O12，其中的X=Mg2+、Ca2+、Fe2+和Mn2+的立方石榴石晶体膨胀系数的计算表明，晶体的膨胀和X-O化学键的膨胀和离子半径没有直接的关系，这些晶体中的硅氧四面体呈现一定的刚性。　　 3.膨胀系数是个与温度有关的物理参数，在考虑高温下晶格振动对晶格能的影响后，以NdGaO3为例，给出了高温下膨胀系数的计算。　　 4.弹性模量是晶体材料的一个重要参数，正如熔点、硬度和热膨胀系数等是材料内部原子间结合强度的指标一样，弹性模量也是原子间结合强度的一个标志。晶格能对应着组成晶体的离子由气态到固态的相变过程(或反过程)的能量变化，显然它决定了固相物质间的作用能，也即反映了固相物质微粒间的结合力大小。笔者在引入晶格能密度概念的基础上，建立了从晶格能计算晶体的体弹模量的模型，并利用复杂晶体化学键方法将从简单晶体得到的晶格能密度和体弹模量之间的关系模型推广到复杂晶体体弹模量的计算中。