多变价态的钒元素造就了种类繁多、特性各异的钒氧化合物体系,而金属-绝缘体转变无疑是该体系的基础研究和应用备受关注的特性之一。该转变过程中,飞秒级的电导转变速率促进了氧化钒材料在探测、开关、存储等先进电子器件中应用。值得关注的是,关于氧化钒材料金属-绝缘体转变的研究在上世纪60年代就已展开。然而,转变的物理机制一直是氧化钒材料体系中未能解决的关键问题之一。其研究难点一方面在于金属-绝缘体转变通常伴随着晶格结构相变。另一方面,氧组分和多变的钒原子价态容易影响氧化钒材料的晶体结构,从而造成不同表现的金属-绝缘体转变过程。因此,如何有效区分电子状态的转变和晶格结构的变化就成为氧化钒关联材料的研究方向之一。本论文从氧化钒中钒价态变化,钒氧原子比变化与缺陷对材料晶体结构、光/电特性的影响着手,主要研究晶体结构相变与电子状态转变的内在关联作用。以期加深对金属-绝缘体转变及其内在物理机制的理解,进而拓展关联氧化钒材料及其金属-绝缘体转变特性的调控应用途径。主要研究内容如下:（1）钒价态变化是决定氧化钒材料的晶体结构及其金属-绝缘体转变特性主要因素之一。然而,如何控制钒价态是材料制备中关键问题。本文首先就氧化钒材料中钒元素价态对材料形成过程的依赖性展开研究,特别研究了反应温度、反应物种类、热处理技术对钒价态及化学计量比的作用。通过调节形成因素,揭示了+5价态钒转变为+3价态钒的变化规律,这为调控氧化钒中钒价态及化学计量比拓宽了思路与技术途径。（2）氧组分对混合价态氧化钒材料的晶格微结构有决定作用。组分变化带来的本征缺陷直接影响了氧化钒材料的金属-绝缘体转变特性。针对这方面,本文主要研究氧组分对氧化钒晶体结构变化的影响,及其对结构相变和金属-绝缘体转变的作用规律。通过调控氧分压及薄膜厚度来分析氧化钒晶格结构随氧组分的变化趋势,并获得了层状氧化钒V7O16薄膜材料的制备路线。此外,通过材料的光学与电学特性研究了氧缺陷对VO2体系金属-绝缘体转变过程的抑制或促进作用,为研究结构相变和金属-绝缘体转变的控制提供有效的方法。（3）在氧化钒材料中,特别是VO2的金属-绝缘体转变机制是归属于电子关联作用（Mott转变）抑或是电声子关联作用（Peierls相变）尚无定论。而Peierls相变与晶格结构息息相关,容易受材料中缺陷的影响。本文主要通过氧缺陷在VO2晶格结构中引入畸变,并研究了晶格畸变对金属-绝缘体转变过程的作用规律。研究发现晶格内部的微应变几乎不改变VO2材料的金属-绝缘体转变温度。通过结构调控的技术手段也将为深入认识VO2关联体系的相变机制,并为有效分离金属-绝缘体转变和晶体结构相变过程开辟新途径。