材料热胀冷缩会给材料在特殊条件下的应用带来负面影响，负热膨胀材料的发现和应用，是解决工程应用中材料热膨胀不匹配问题的重要途径。本文针对低温工程对材料热膨胀性能的特殊要求，探索了在低温区具有优良负热膨胀性能的负热膨胀材料，通过掺杂改性的方法制备热膨胀系数可控的单相材料或多相复合材料，并将负热膨胀材料应用于环氧树脂复合材料当中，研究负热膨胀/环氧树脂复合材料在低温下的热物性能。　　 本研究制备的负热膨胀性能优良的ZrW2O8材料，以ZrW2O8材料为基础，通过MgO的掺杂制备出一系列ZrxMg2-x(WO4)2+x材料。采用x射线衍射仪和热膨胀测试系统分别测试了样品的物性结构和热膨胀性能。研究结果表明，分步固相合成的ZrW2O8材料，其在室温到液氮温区的平均线膨胀系数约为-10.5×10-6/K。MgO掺杂改性ZrW2O8后，形成单相ZrMg(WO4)3负热膨胀材料，其热膨胀系数约为-2.9×10-6/K。通过改变MgO的含量，ZrxMg2-x(WO4)2+x材料的热膨胀系数可以在-10×10-6/K到10×10-6/K之间可控调节，并能达到近零膨胀。为探索并拓展低温下具有优良热物性能的负热膨胀材料类型，通过不同的方法合成了3类多功能负热膨胀材料，并进行了一系列的掺杂替代研究。主要包括：应用机械合金固相烧结方法，单独或同时用Sn和Sb元素部分替代Mn3CuN中的Cu元素，制备出化学通式为Mn3(CuxSn1-x)N，Mn3(CuxSb1-x)N，Mn3(Cu0.5SbxSn1-x)N的负热膨胀材料；应用电弧熔炼方法，制备出La(Fe1-xSix)13和Tb2Fe17-xCrx负热膨胀材料；应用固相烧结法制备出(1-x)PbTiO3-xLa(A0.5Ti0.5)O3(A=Cu，Mg，Ni)负热膨胀材料。论文中主要研究了这些材料在低温下的热膨胀性能，研究发现这些材料在低温下一定温区具有较好的负热膨胀性能，并且通过元素掺杂的方式，可以控制合成出一定温区下的近零膨胀材料。应用等离子体聚合改性的方法，对ZrW2O8颗粒材料进行表面改性，将改性后的ZrW2O8与环氧树脂形成复合材料，研究ZrW2O8颗粒改性后表面性能，以及ZrW2O8/环氧树脂复合材料的低温热膨胀性能，力学性能，导热性能等。研究结果表明：ZrW2O8颗粒经等离子体聚合改性后，表面包覆了一层有机聚合薄膜，ZrW2O8表面性能得到改善，与环氧树脂复合后分散性和界面相容性显著提高。ZrW2O8负热膨胀材料与环氧树脂复合可以有效的降低热膨胀系数，并且，加入一定量的ZrW2O8颗粒对环氧树脂在室温和低温下的力学强度和模量都有增强的效果，对环氧树脂的导热性能也有一定程度的增强。此复合材料的制备和性能研究为解决低温工程中的热膨胀问题提供了新思路。