微纳米薄膜结构是微尺度器件、微尺度接触式热测量系统常见的典型结构。在多层纳米薄膜结构内部的热输运过程中,界面热阻对热输运能力起主导作用。AMM和DMM的预测结果与实验偏差大。界面热阻的实验和理论表征对于深入而准确把握纳米结构热输运规律至关重要。在实验上,对传统的低频3ω实验系统进行了重新设计,在宽频带范围实现了纳米薄膜界面热阻测量。采用分频技术和降噪措施,将信号发生模块、倍频模块、锁相模块、前置放大模块进行了集成。集成的实验系统测试频率达MHz。基于3ω法基本原理,建立了不同频域内纳米薄膜界面热阻测量原理。在室温至500 K范围内,采用三种方式分别测量了不同微纳米薄膜结构薄膜界面热阻。在低频段,采用电流-频率扫描3ω法,借助厚度不同的参考试样,测量了SiO₂/ZrO₂/Nd:YAG、SiO₂/GaN/Al₂O₃多层结构中增透膜、宽禁带半导体薄膜界面热阻,在厚度大于100 nm范围内界面热阻未表现出尺度效应。在中频段,采用多个加热/探测器测量了2-60 nm超薄HfO₂薄膜-Si界面热阻,揭示了界面热阻随膜厚增加而减小的尺度效应。在宽频范围内,采用低频和频域达MHz的高频段相结合,测量了DLC/CNT阵列/Si结构中DLC薄膜自身热阻和界面热阻,界面热阻随温度升高而降低。采用多试样、多探头和高频技术可以测量特定纳米薄膜结构的界面热阻。在理论上,采用声子输运理论研究了CNT、GaN分别与临层的界面热输运。采用不同的声子界面输运模型,计算了CNT分别与DLC、Si之间的声子透射系数。考虑界面粗糙度,采用声子非弹性散射模型,预测了CNT、GaN界面热阻的温度效应。声子非弹性散射模型预测的界面热阻的温度效应与实验结果吻合,而界面热阻的大小相差至少1-2个数量级。实验和理论研究表明,纳米薄膜近界面区域声子动力学特性和非弹性散射过程在高温下对界面热输运起主导作用。