在日常生活中,大部分材料具有热胀冷缩的性能,但也有少部分材料性能相反,这部分材料被称为负热膨胀材料。通过正热膨胀材料和负热膨胀材料复合,化学修饰等调控方法可以得到可控热膨胀系数的材料,从而降低或削弱器件在遭受热冲击时的热应力,提高器件热稳定性。迄今为止,人们已经发现了一些负热膨胀材料,但因其中部分材料存在一些应用限制,例如吸水性、负热膨胀温区不适用,稳定性差等,不能满足人们的实际应用。所以,解决材料存在的应用缺陷,改善性能仍是当今负热膨胀材料研究的重点。本论文的主要内容如下:1.控制ZrV2O7超结构实现NTE温区覆盖室温ZrV2O7是一种众所周知的各向同性负热膨胀材料,仅在375 K以上才能观察到负热膨胀特性。本文采用一种简便的方法获得了一种新型负热膨胀材料ZrV2-xMoxO7+δ(0≤x≤0.5)。研究表明部分Mo原子代替V原子实现了 ZrV2O7的1×1×1立方结构从室温开始,拓宽了 ZrV2O7的负热膨胀温区。X射线衍射和高分辨X射线衍射表明随掺杂比例的增加,样品保持Pa-3空间群不变。热膨胀仪和变温XRD测试结果一致,表明Mo原子取代V原子能够有效降低ZrV2O7的相变温度,对于ZrV1.7Mo0.3O7+δ和ZrV1.5Mo0.57+δ,负热膨胀起始温度分别降低到250 K和225 K,并且值得注意的是,ZrV1.5Mo0.5O7+δ至少在123-225 K之间是接近于零的热膨胀材料。中子粉末衍射揭示了 Mo原子的替代促使V-O2-V/Mo键角从160°扩大到180°,有利于破坏超结构。高压拉曼光谱结果显示,ZrV2-xMoxO7+δ中还存在压力诱导的相变和非晶化,并且在我们的结构中还观察到了几种高频声子模也对负热膨胀有贡献,这与以前普遍认为的低频声子模主要对负热膨胀起贡献产生了对比。2.新型负热膨胀材料Zr1+xMn1xMo3-2xV2xO12通过固相烧结法制备了负热膨胀材料Zr1+xMn1-xMo3-2xV2xO 12。负热膨胀ZrMnMo3O12具有单斜和正交两种结构,且只有在正交结构时才会表现出负热膨胀特性(αl=-4.7× 10-6 K-1)。尽管ZrMnMo3O12是很好的负热膨胀材料,但它的相转变温度过高,室温附近热膨胀系数较大,严重影响了在实际生活中的应用。因此,通过在Mo位掺杂V原子和调节化合物中Zr与Mn原子化学比的方法来调控ZrMnMo3O12的相变和膨胀系数。X射线衍射测试表明Zr1+xMn1xMo3-2xV2xO12的结构与ZrMnMo3O12一致,存在两种结构,即单斜相和正交相,随着掺杂比例的增加,室温下空间结构保持不变,但是不能实现高比例掺杂。为了得到Zr1+xMn1-xMo3-2xV2xO12的热膨胀性能,我们采用热膨胀仪对样品进行了测试。测试结果表明,随着掺杂比例和化合物中Zr元素的增加,室温附近的热膨胀系数随着掺杂比例以及Zr含量的增加而减小,且低热膨胀温区逐渐扩大,相变温度逐渐降低,但掺杂对相变温度的影响较小。