提出了基于独立型线热源传感器3ω法测量材料热导率的原理。给出了用基于独立型线热源传感器的3ω法测量材料热导率时,为保证测量准确度应选取的测试频率范围。提出了提高独立型线热源传感器测量精度的优化设计方案。对因工艺导致的微型金属加热膜与传感器外层保护薄膜间界面不对称对测量结果产生的影响进行了分析。研究了消除独立型传感器与待测样品间接触热阻对测量结果影响的拟合算法。通过对样品热导率、独立型线热源传感器特有保护层热导率和保护层厚度的敏感度进行分析,证明了新方法可以准确测量较高导热性能的块状及晶片状固体的热导率。另外,通过修正保护层内二维热扩散效应,亦可实现该方法对低导热性能样品热导率的准确测量。提出了基于独立型面热源传感器3ω法测量材料吸热系数的原理。给出了栅栏状平面导电金属探测器加热多层样品时精确的二维温度解析解,并以此验证了用一维简化解析解来拟合吸热系数的合理性。给出了提高独立型面热源传感器测量精度的优化设计方案。通过合理设计并借助先进的微纳加工工艺,分别制成了基于3ω法的独立型线热源传感器和独立型面热源传感器。并由此建立了基于独立型传感器的3ω法测量系统。以成分稳定、常用于校准测量系统的304不锈钢、硅晶片、PMMA、石英玻璃、纯铜、乙二醇、去离子水等样品作为标准试样分别对两种独立型传感器进行了校验。新系统的热导率测量范围为0.01-400W·m-1·K-1。基于独立型传感器的3ω法测量系统测量热导率的不确定度为8.9%,测量吸热系数的不确定度为8.5%。基于独立型传感器的3ω法测量系统可拓展3ω技术在表面多孔、导电及低耐温性材料热物性表征方面的应用,并为3ω技术仪器产业化的实现奠定了基础。利用基于独立型线热源传感器的3ω法测量了新型耐高温绝热材料-SiOC多孔陶瓷的热导率,发现其热导率对表观密度存在线性依赖关系,通过进一步研究SiOC多孔陶瓷内部微观传热机理,发现交错立方阵列模型能很好解释这个观测到的线性关系。将3ω法用于测量了沉积于不锈钢基体上厚度小于1mm的纳米热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)的热导率和热扩散率,避免用闪光法测试时需将涂层从基体上剥离而容易碎裂的问题；分析了TBCs热物性参数分别对温度和密度依赖性。采用单根通用级聚丙烯晴基碳纤维直接作为独立型传感器的手段,研究了这类纤维热导率的尺寸依赖性,结果发现,对于晶粒尺寸(La)小于10nm的单根碳纤维,热导率与1/La线性相关。采用声子散射模型预测了单根聚丙烯晴基碳纤维热导率La的变化规律。理论与实验结果说明边界散射和点缺陷散射共同决定通用级聚丙烯晴基碳纤维内部的热传输。由实验得到的热导率随La的变化规律,亦可估算出点缺陷散射常数,从而反映点缺陷机制的作用大小。本文研究的基于独立型传感器的3ω法为节能材料、热防护材料和热调控材料提供了测试评价方法。针对SiOC多孔陶瓷、纳米热障涂层和聚丙烯啨基碳纤维热输运机理进行的分析丰富了对微纳材料传热机理的认识。