一级固态相变在科学研究与实际应用中表现出极高的科研学术价值与广阔的应用前景。然而目前针对一级固态相变的研究一方面缺少实时的结构变化观察,尤其对相变最开始发生的状态观察还存在一定的困难,另一方面对结构尤其是缺陷处的结构表征仍然不够。本文我们选取经典的一级固态相变材料VO2(A)作为研究对象。VO2(A)在162℃左右存在一个可逆的金属-绝缘体相变,从低温时的简单四方晶系(低温相)转变成高温时的体心四方晶系(高温相),然而作为亚稳态相,V02(A)晶体结构直到1998年才被Oka等人实验确定,到目前都没有原子尺度下的实时信息,因此为揭示V02(A)相变的微观机理需要做进一步的研究。本论文采用水热法合成V02(A)纳米线,在透射电子显微镜(TEM)和带有球差矫正的扫描透射电子显微镜(STEM)中进行原位加热观察,通过控制温度观察新相的产生及相界面的迁移,以及对缺陷处进行原子尺度微观表征,就这些微观结构对相变的影响展开了广泛的讨论。研究首次通过TEM原位加热实验观察到高温相在低温相中产生且沿着纳米线轴向迁移的过程,以及通过STEM-高角环形暗场像(STEM-HAADF)获取的原子尺度下的相界面,从实验上揭示了 V02(A)相变的微观机理。此外,利用原位TEM对缺陷处的相变过程进行了动态表征,从实验上观察到了 一级相变的形核扩展过程,无论是低温相往高温相转变还是高温相往低温相转变,发现新相都是从缺陷处开始产生再扩展。通过具有球差矫正的STEM在原子尺度下观察到了相变最开始发生和扩展过程,同时对缺陷处的结构进行表征发现,高温相中的缺陷为低温相结构,低温相中的缺陷为高温相结构。因此缺陷的存在类似于在母相中预先存在一个新相的形核点,相比较其他的形核位置,相变在缺陷处形核及扩展过程并不需要形核能,可以解释相变容易在缺陷处优先发生的原因。总而言之,这些发现有望扩大我们目前对一级相变的理解,并可通过“植入”缺陷从而控制材料的结构-特性相变。