二氧化钒薄膜在68℃附近会发生从半导体特性的单斜结构位相到金属特性的金红石结构位相的可逆转变。伴随相变的发生，VO2薄膜的光学及电学性质也会发生突变。因此，近年来被广泛应用于非制冷红外探测及红外成像等领域。但其相变理论却一直没有很好的建立，探索工作的进展十分缓慢。本文通过对二氧化钒薄膜相变的微观机理及其动力学的研究，建立了一个清晰的二氧化钒相变微观过程的物理图像。　　本文，使用溅射氧化耦合方法在不同的溅射功率下制备了高质量的vO2薄膜。实验中，发现在溅射功率为132W时，相变的回滞带宽只有0.4℃，并且薄膜相变前后电阻的数量级变化达3到4个数量级。相变过程的回滞带宽发生有规律的变化，先随着溅射功率的增加而带宽逐渐减小，到132W时达到极小。然而，当继续增加功率时，回滞带宽又开始逐渐增加。通过分析影响相变过程的各种因素，我们发现相变的回滞带宽主要受薄膜的表面微观结构的影响，并从理论上分析了表面微观结构影响相变回滞带宽的过程。　　另外，利用原位透射电镜在原子精度下探索了VO2相变的动态过程。实验直观地观察了相变的微观过程，它展现了其它的实验方法所不能提供的重要信息。同时，我们利用拉曼（Raman）光谱技术探寻了相变的过程，仔细研究了不同温度下的Raman光谱峰位信息后，结合理论计算，深入分析了相变产生的微观机理。　　本文结尾处，在深入研究红外热成像系统工作原理的基础上，对影响系统成像质量的主要因素进行了较系统的分析。然后以多孔硅为绝热层设计出一种结构简单、低功耗的非制冷红外热成像组件。最后，简要说明了制造该组件的方法和关键技术。