本文对飞秒激光抽运探测实验系统进行了改进,实现了对宽温度范围、多物质状态纳米材料内部及界面热输运性质的研究。该实验系统使用波长为800nm的飞秒脉冲激光作为探测激光,使用BIBO晶体倍频得到的波长为400nm的激光作为抽运激光,该设计保证了Al传感层对探测光具有最高的光热反射系数,因此探测信号具有最高的温度灵敏度。同时,截止滤光片对抽运激光的滤出效率可以达到OD7以上,保证了将抽运激光对探测信号的影响降低到最小。另外,正弦调制信号和低通滤波器的使用降低了探测信号中的高频噪声,CCD摄像机显微系统则保证了测量位置的精确选取。这些改进极大地提高了飞秒激光抽运探测实验系统的测量敏感度和精度,为我们进一步研究纳米材料中更复杂的热输运过程提供了基础。利用该实验系统我们首先研究了多层薄膜纳米结构中的热输运过程,建立了用于飞秒激光抽运探测实验数据分析的理论模型,并对体材料及纳米薄膜材料的热导率、热容以及界面热导等热物性进行了测量。本文研究了纳米薄膜热物性的测量和数据处理方法,提出了用于获得纳米薄膜热物性的简化热输运模型,证明了热导率与界面热导的错误分离会导致薄膜热物性存在尺度效应的假象。另外,本文还提出了一种能够通过一组飞秒激光抽运探测实验数据同时获得体材料热导率和热容的数据处理方法。本文在飞秒激光抽运探测实验系统基础上建立了真空低温保持系统,利用该系统对各向同性和各向异性材料热物性对温度的依赖性进行了测量。测量结果显示界面热导对温度的依赖性较小,而材料的热导率则随温度的升高逐渐降低,在高于室温的情况下,大多数材料的热导率与温度近似呈反比例关系,结果与德拜模型吻合。各向异性晶体材料结构致密的晶向热导率较高,各晶向的热导率随温度的升高逐渐接近,预计在高温导致晶体结构破坏的情况下,各晶向的热导率差别将不复存在。本文在飞秒激光抽运探测实验系统基础上建立了用于测量液体热物性的实验平台以及用于数据处理的双向热输运模型,利用该平台对液体的热导率和固液界面热输运性质进行了测量,并主要研究了固液界面热导的影响因素。本文通过在固体表面制备自组装单分子层(SAM)得到了不同性质的固液界面,测量结果显示固液界面热导同时受到固液界面浸润性和界面两侧材料分子振动态密度匹配程度的影响。本文通过实验观察到SAM在固液之间起到了“热桥”的作用,可以显著提高固液界面的热输运能力,分子动力学模拟显示了这种热输运能力的提高是由于SAM改善了界面两侧分子振动态密度的匹配程度,而分子振动态密度匹配程度对界面热输运的影响远超过固液界面浸润性的影响,这是国际上首次明确证实了分子振动态密度匹配对固液界面热输运性能的提升起到了至关重要的作用。