随着现代科学技术的飞速发展，在航空航天、精密测量和光电子器件等领域，对材料的热稳定性要求越来越高。然而由于材料热胀冷缩带来的热应力会造成器件的性能下降、寿命缩短等问题，已经成为影响器件性能稳定和精度的一个突出问题。负热膨胀材料具有调控材料热膨胀系数、设计制造近零膨胀材料的先天优势，近年来受到越来越多的关注。目前，已经发现的具有负热膨胀性质的材料已经有很多，但材料的推广应用还不够广泛。阻碍负热膨胀材料推广应用的主要原因有：材料的制备工艺复杂，不适合批量生产；随着温度的升高，有些材料的负热膨胀性质容易受到诸如结构相变、吸水性等的影响；另外，目前负热膨胀材料的功能也较为单一等。使用简单、易操作的制备工艺，设计、合成具有稳定的负热膨胀性质，又兼具一定电学、光学或磁学功能特性的材料具有重大的现实意义。本论文选取颇具资源优势的AM2O7系列负热膨胀材料，对它们的晶体结构、热缩机理进行研究，并采用简单、易操作的制备工艺合成了热膨胀性能优异又兼具一定电学、光学性质的复合材料。本论文主要创新点和结果如下：　　(1)对α-Cu2V2O7的负热膨胀性质、热缩机理和电学性质进行研究。结果验证了α-Cu2V2O7从室温到约470 K的温度范围内性能优良的线性负热膨胀性质，这主要跟刚性多面体的扭转相关；发现了材料在470 K至610 K的温度范围内，表现为非线性的负热膨胀性质，负热膨胀系数随温度的升高逐渐减小，这主要是由Cu2+的d9 Jahn-Teller效应、氧缺陷等综合作用引起的晶格的畸变造成的；电学性质的研究验证了α-Cu2V2O7具有一定的半导体性质，这个结果意味着金属基α-Cu2V2O7复合材料可能会比金属基其他介电型负热膨胀复合材料在导电性方面具有一定的优势。　　(2)对CuZnV2O7的负热膨胀性质、热缩机理和光学性质进行研究。结果发现，Zn元素的引入可以大大降低α-Cu2V2O7在470至610 K温度范围内，因Cu2+的d9 Jahn-Teller效应引起的晶格畸变，从而扩展了材料的负热膨胀温度区间，或者说是优化了α-Cu2V2O7的负热膨胀性能；CuZnV2O7在室温到至少773 K的温度范围均表现出优异的线性负热膨胀性质，热膨胀仪测试的平均线性热膨胀系数可达-5.28?10-6 K-1。光学性质研究表明，CuZnV2O7具有很宽的紫外可见吸收光谱，计算的光学带隙约为1.59 eV，即仍具有一定的半导体性质，而且CuZnV2O7的室温光致发光光谱在450–650 nm波段表现为典型的宽带复合发光光谱，色坐标为(0.33,0.49)，属于黄绿光。　　(3)使用固相合成法制备了不同Al含量的α-Cu2V2O7/Al复合材料，并对它们的热膨胀性质和电学性质进行研究。结果发现，通过控制Al的含量，α-Cu2V2O7/Al复合材料的热膨胀系数表现出良好可调节性能。当Al的含量为10 wt.％时，α-Cu2V2O7/Al复合材料的线性热膨胀系数为0.49×10-6 K-1（RT–780 K），接近零膨胀；当Al的含量大于30 wt.%时，α-Cu2V2O7/Al复合材料表现出良好的导电性，这是因为α-Cu2V2O7/Al复合材料中金属Al的渗流和电子导电的趋肤效应造成的；关于材料密度和维氏硬度的经验公式也通过数据拟合的方法给出，可以作为固相合成工艺制备可控热膨胀复合导电材料α-Cu2V2O7/Al的基础性储备知识。　　(4)使用固相原位合成法制备了HfV2O7/HfMo2O8复合材料，并对它的组织结构、负热膨胀性质和光学性质进行研究。结果发现，复合材料主要由HfV2O7（立方结构，空间群Pa3-205）和HfMO2O8（三斜结构，P31c-163）组成，含有微量的HfV2-δMoδO7+0.5δ、HfMo2-δ′Vδ′O8-0.5δ′以及亚稳定的HfMO2O8（单斜结构，C2/c-15）；微量的元素替换造成的晶格畸变、晶粒中的微观应变促使两种结构的相互影响，以及氧缺陷等，综合抑制了室温下HfV2O7中3?3?3超结构的形成；材料在室温至（至少）673 K的温度范围内表现出良好的负热膨胀性质，热膨胀仪测试的线性热膨胀系数约为-3.09?10-6 K-1（LINSEIS L75 PT Vertical）；光致发光光谱研究发现，HfV2O7/HfMo2O8复合材料具有宽带（450–600 nm）复合发光性能，并且在色坐标绿光区中的位置，随着激发光波长的变化表现出一定的可调节性。