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近年来，负热膨胀材料作为材料研究领域一个新兴的分支学科，引起了人们广泛的关注，尤其是各向同性且在很宽的温度范围内表现出较强负热膨胀性能的ZrW2O8和ZrV2O7系列化合物。该类材料可与常规材料复合制成热膨胀系数等于或接近于零的高温陶瓷器件，或者单独应用在从高科技领域到日常生活的各个方面，包括宇航材料、机械部件、印刷线路板和光学部件衬层等等。因此，对于负热膨胀机理及晶体微结构和膨胀性能的关系的研究就尤为重要。本文依据ZrW2O8、ZrV2O7及A2M3O12型负热膨胀材料的结构和性能，设计、制备并研究了R2-xLnxMo4O15(R、Ln=Er，Y，Ho，Dy，Sm，Nd)和YxNd2-xW3O12(x=0.0-1.0，1.6-2.0)系列化合物，主要的研究内容和结论如下：
(1)在25到500℃的温度范围内采用X-射线衍射研究了固溶体ErxDy2-xMo4O15(x=0.0-2.0)的结构和热膨胀性能。其晶体结构为单斜，空间群是P21/c。ErxDy2-xMo4O15的晶胞参数a，b和c均随Er含量的增加而减小。高温X-射线粉末衍射数据表明此类化合物为正热膨胀，体热膨胀系数随Dy取代含量的增加而增大。其热膨胀性能可由ErxDy2-xMo4O15结构中弱的Mo-O14键的特征来解释。要使Ln2Mo4O15化合物表现出负热膨胀性能，可能的一条途径是通过缩短Mo-O14键长度的方法来增强其强度。
(2)固溶体Er2-xRxMo4O15(R=Sm和Nd)(0.0≤x≤0.6)由传统的固相烧结法合成，其晶体结构为单斜，空间群是P21/c。实验结果表明Er能被Sm和Nd取代的最大值为0.6。用高温X-射线衍射研究了Er2.xRxMo4O15(R=Sm，Nd)(x=0.0，0.2，0.6)和Er1.8R0.2Mo4O15(R=Y, Dy)的热膨胀性能。当Y,Dy,Sm和Nd四种稀土元素的取代量相同(x=0.2)，Y对化合物的热膨胀的影响最明显。例如，在25到500℃范围内，当R=Y,Dy,Sm和Nd时Er1.8R0.2Mo4O15的热膨胀系数分别为2.65×10-5℃-1，2.29×10-5℃-1，2.58×10-5℃-1和2.43×10-5℃-1，而母体化合物Er2.0Mo4O15的热膨胀系数则为1.9×10-5℃-1。
(3)利用X-射线粉末衍射研究了固溶体R2-xNdxMo4O15(R=Ho，Dy)(0.0≤x≤0.6)的结构和热膨胀性能，同时也一并考察了R=Er和Y的情况。X-射线衍射结果表明当R=Er,Y, Ho和Dy时，R2-xNdxMo4O15中x的最大值分别为0.6，0.4，0.4和0.0。用高温X-射线粉末衍射在25到500℃范围内考察了R2Mo4O15和R1.8Nd0.2Mo4O15(R=Er,Y,Ho，Dy)的热膨胀性能。结果发现，用Nd来替代R会使母体化合物的热膨胀系数增大。当Nd的取代量为x=0.2时，取代分别使母体化合物的热膨胀系数增加了27.9％，6.0％和3.2％。
(4)采用X-射线和中子粉末衍射研究了固溶体YxNd2-xW3O12(x=0.0-1.0，1.6-2.0)的结构。当x=0.0-1.0，样品晶体结构为单斜，空间群是C2/c；当x=1.6-2.0时，样品晶体结构为正交，空间群是Pnca。采用高温X-射线衍射研究了YxNd2-xW3O12(x=0.25和1.90)的热膨胀性能。研究发现YxNd2-xW3O12的热膨胀性能不仅与其结构有关，还与它的组分密切相关。Y0.25Nd1.75W3O12的正热膨胀是各向异性的，其a轴在25-200℃范围内膨胀，却在随后的200-800℃范围内收缩。然而b和c轴在整个温度范围内都是膨胀的。计算求得在200到1000℃范围内，Y1.9Nd0.1W3O12的体热膨胀系数为-17.9×10-6K-1，而未取代时Y2W3O12的体热膨胀系数为-20.9×10-6K-1。