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随着环境温度的变化发生“热缩冷胀”的材料称为负热膨胀(Negative ThermalExpansion，简称NTE)材料。负热膨胀材料研究是材料科学中近年来新兴的学科分支，其中ZrW2O8以负热膨胀系数大(—9×10—6K—1)、各向同性且响应温度范围宽(0.3K—1050K)等特点而备受关注。它在电子学、光学、通信、医学、机械和日常生活等方面具有巨大的潜在应用价值。目前国内外研究较多的是ZrW2O8陶瓷和粉体及其相关复合材料的制各、性能研究，对ZrW2O8薄膜的相关研究还鲜有报道，与块体材料相比薄膜材料有一定的优越性，因此对ZrW2O8薄膜进行研究为今后其应用和其它的相关研究奠定基础，同时负热膨胀薄膜材料在航空航天、光学、微电子和微机械领域都会有非常广泛的应用。
本文采用磁控溅射法和脉冲激光沉积法，系统研究了采用不同靶材和制备工艺制备ZrW2O8薄膜，探索了不同靶材、制备工艺、热处理温度和衬底温度对薄膜的相组成、表面形貌，应力和膜基结合力的影响。测量了薄膜的介电性能、光学性能，同时探索了不同方法制备的ZrW2O8薄膜负热膨胀特性。并初步探索了脉冲激光沉积制备近零膨胀ZrO2/ZrW2O8复合薄膜和靶材的制备。论文中还采用交替磁控溅射法制备了Al2(WO4)3薄膜，并分析其负热膨胀特性。
利用X射线衍射仪(XRD)、X射线电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的相组成和表面形貌进行表征；利用BGS6341型电子薄膜应力分布测试仪测量了薄膜的应力；利用TriboIndenter纳米压痕系统测量了薄膜硬度和弹性模量；利用热膨胀仪测量了ZrW2O8和ZrO2/ZrW2O8复合靶材热膨胀系数；利用变温X射线衍射仪和PowderX软件计算了薄膜负热膨胀系数；利用V570型紫外可见光红外分光光度计测量薄膜的透射率；利用ET350表面粗糙轮廓仪、HP4294A阻抗分析仪和WS-2000型划痕仪研究薄膜的厚度、介电性能和膜基结合力。研究结果表明：
(1)采用三种不同表征手段测量了ZrW2O8的热膨胀系数，经对比分析发现热膨胀仪测量结构致密的ZrW2O8陶瓷棒测试结果最为准确，在室温到600℃测试区间内ZrW2O8平均热膨胀系数为—10.71×10—6K—1。
(2)采用n(ZrO2)：n(WO3)=1：2.8的复合陶瓷靶材沉积制备了ZrW2O8薄膜，探索出最佳的制备工艺和热处理工艺。射频磁控溅射沉积制备薄膜为非晶态，经过热处理后，在740℃热处理3min后得到三方相ZrW2O8薄膜，在1200℃密封的条件下热处理8min淬火得到立方相ZrW2O8薄膜；随着热处理温度的提高，薄膜的晶粒逐渐长大，平滑致密的表面出现了一些孔洞和缺陷，同时薄膜与基片之间的结合力也逐渐降低。在测试区间内ZrW2O8薄膜的平均热膨胀系数为—8.18×10—6K—1。
(3)采用WO3和ZrO2靶材以交替射频磁控溅射法沉积制备了ZrW2O8薄膜，该种方法可有效避免WO3的高温挥发。交替磁控溅射沉积制备的薄膜为非晶态，在1200℃热处理3min后得到立方相ZrW2O8薄膜，但薄膜表面热处理后晶粒长大，由于应力和化学反应等原因致使薄膜表面存在一定的沿晶界裂纹。热处理后的薄膜与基片之间结合力为8.3N，介电常数约为10，介电损耗约为0.235，在测试区间内ZrW2O8薄膜的平均热膨胀系数为—10.08×10—6K—1。
(4)采用ZrW2O8靶材磁控溅射沉积的ZrW2O8薄膜为平滑致密非晶态，经过热处理后，在730℃左右热处理后得到择优取向的ZrW2O8薄膜，在750℃左右热处理得到三方相ZrW2O8薄膜，在1200℃密闭的条件下热处理8min淬火得到立方相ZrW2O8颗粒膜。探讨了ZrW2O8薄膜在不同阶段的生长机理，薄膜和基片结合力良好，衬底未加热时沉积制备的ZrW2O8薄膜受到压应力，随着热处理温度的升高，薄膜受到的压应力逐渐减小，到转变为张应力，衬底温度为550℃时沉积制备的ZrW2O8薄膜受到的应力为张应力。初步分析了ZrW2O8薄膜的生长机理。在测试区间内ZrW2O8薄膜的平均热膨胀系数为—14.47×10—6K—1。
(5)采用ZrW2O8靶材脉冲激光沉积法制备了ZrW2O8薄膜，沉积制备的薄膜和靶材化学成分一致，具有理想的化学计量比。在不同衬底温度脉冲激光沉积的薄膜均为非晶态，随着衬底温度的升高，薄膜的质量提高，表面粗糙度和膜基结合力降低；随着工作氧气压的增大，膜层颗粒物质变大。将制备的非晶薄膜在1200℃密封热处理3min后淬火得到立方相ZrW2O8薄膜，不同条件制备薄膜的透光率达85％左右，衬底温度为550℃制备的ZrW2O8薄膜平均张应力为0.1232GPa，且应力分布相对均匀。在测量温度范围内ZrW2O8薄膜的平均热膨胀系数为—11.378×10—6K—1。同时以化学共沉淀方法合成结构致密、均匀复合的低热膨胀ZrW2O8/ZrO2陶瓷靶材，并采用脉冲激光法沉积并热处理后得到ZrW2O8/ZrO2复合薄膜，成份和靶材一致，且复合薄膜中ZrO2和ZrW2O8两相分散均匀。
(6)采用WO3和Al2O3靶材交替射频磁控溅射沉积制备了Al2(WO4)3薄膜。磁控溅射交替沉积制备的薄膜为非晶态，在950℃热处理10min后得到立方相Al2(WO4)3薄膜。在室温到800℃温度区间内Al2(WO4)3薄膜a轴的平均热膨胀系数为-3.25×10-6K-1，b轴的平均热膨胀系数为5.15×10-6K-1，c轴的平均热膨胀系数为-2.64×10-6K-1，晶胞体积的平均热膨胀系数为-0.69×10-6K-1。