ZnO是一种宽禁带(Eg≈3.37eV)、直接带隙半导体材料,在室温下ZnO具有较大的激子束缚能(≈60meV),在晶格特性和能带结构方面与GaN有许多相似之处,而且还具有更高的激子束缚能以及较低的生长温度,被认为是有望取代GaN的新一代短波长光电子材料。另一方面,随着密度泛函理论和相关数值算法的发展,第一性原理方法成为凝聚态物理、量子化学和材料科学中的必备研究工具。本论文第一性原理方法(基于密度泛函理论),对三维ZnO体块、二维ZnO纳米薄膜、一维ZnO纳米线和零维ZnO纳米团簇进行模拟研究。主要研究内容如下：(1)研究了体块ZnO的电子结构,通过对能带结构、总体态密度及分波态密度的分析,说明了ZnO为直接宽带隙半导体,分波态密度表明Zn3d和O2p轨道(尤其是前者)对其电子结构起决定性作用,对关键参数的选择也进行了穿插讨论。(2)计算了ZnO二维纳米薄膜的能带结构和态密度,发现其呈现出明显的金属性。对于厚度小于6个Zn-O双层的ZnO纳米薄膜,其等效弹性系数远小于相应的体块值,而当薄膜厚度继续增大,其等效弹性系数逐渐趋近于体块值,且基本不再变化。(3)研究了沿c轴方向生长的一维不同直径ZnO纳米线。计算得到ZnO纳米线的能带隙随着直径的增加从1.942eV下降到1.421eV。分析表明,ZnO纳米线内部的结构重构以及不可避免的量子受限效应是这种尺寸效应存在的主要原因。而随着纳米线的直径逐渐增大,其等效弹性系数基本呈线性地接近体块值。(4)通过对六棱柱形ZnO零维纳米团簇的结构优化和能级分析,发现结构弛豫使Zn原子朝团簇中心运动,而O原子则朝相反的方向移动,这对确定实验中何时施加使结构中悬键钝化的表面活性剂是十分重要的,因为它们往往会与O原子优先成键。