材料尺度减小到纳米量级后，其表面和界面效应等越加显著，如比表面积大使得气体吸附对很多纳米材料的电导影响很大，晶粒间的接触势垒对电子输运影响很大等，诸多特性使得利用这些新材料体系构建功能器件成为可能。本文研究了几种氧化物半导体纳米结构在气体传感、光探测、电流变液和场发射等方面的应用，并构建了相应的器件。主要研究内容及结果如下：　　 ⑴研究表明基于氧化物多晶微米颗粒或纳米线的乙醇传感器难以同时实现高灵敏度和低电阻，为此我们用花状ZnO纳米结构构建了乙醇传感器，探测100ppm乙醇时灵敏度约14.6，工作电阻约100 KΩ。花状结构由ZnO棒组成，每根棒一端朝外另一端与其它棒结合在一起，平均直径约150 nm远大于表面耗尽层厚度。表面耗尽层对ZnO棒的电导影响不大，而对棒与棒之间的接触势垒影响很大，灵敏度与晶界势垒成指数关系，因此传感器灵敏度高，电阻低。　　 ⑵为进一步提高灵敏度我们用块状In2O3纳米晶构建了乙醇传感器。块状纳米晶构成的敏感膜中晶粒间的主要接触方式为晶面-晶面接触，接触面大，随乙醇浓度的增加，乙醇分子与氧负离子的反应区域从接触面边缘往内扩大，晶界势垒受乙醇浓度调节范围宽，因此传感器灵敏度极高，探测1 ppm乙醇时灵敏度为10，探测100 ppm乙醇时灵敏度高达200，响应时间约2 s，恢复时间约4 s，工作电阻为1.50-300 KΩ。该研究为开发高性能气体传感器指引了一条可行路径。 　　 ⑶快速响应气体传感器广泛应用于实时监测等领域，研究发现因浅施主能级使得电子驰豫时间过长，基于电导较大的氧化物纳米线的氧传感器响应速度极慢。为实现快速响应我们提出了光诱导氧传感机制：用光照在低电导纳米线(浅施主少)中激发产生大量载流子，氧气对载流子浓度进一步进行调节，从而实现光诱导氧传感：并用β-Ga2O3和ZnGa2O4纳米线构建传感器进行了验证。紫外光照下流经纳米线的电流迅速增加到能反映环境氧压大小的稳定值，器件的恢复时间远小于1 s，氧压高时响应时间小于1 s，氧压较低时响应时间约为2 s，紫外光关闭后器件对氧气不敏感，氧传感由光生载流子引起。该研究展示了一种开发快速响应气体传感器的新方法。　　 ⑷宽带隙低电导纳米线因浅施主少，光生载流子的驰豫过程短，可用于光探测，因此笔者构建了基于单根β-Ga2O3纳米线的日盲紫外探测器，无紫外光照时通过纳米线的电流为pA量级，紫外光照使得通过纳米线的电流增加三个数量级，器件工作重复性好，其响应时间和恢复时间分别小于0.22和0.09 s。与薄膜相比制备单晶β-Ga2O3纳米线不需要外延衬底成本低，器件构建工艺对光敏元件损伤小。该研究为制备吸收光效率高的纳米线阵列光探测器奠定了基础。　　 ⑸沿c轴生长的纤锌矿结构ZnO纳米线极性很强，如分散于绝缘液体中，电场的作用将使纳米线在该电流变液体系中沿电场方向排列，有利于形成使得体系粘度增强的链状结构。但将ZnO纳米线分散于硅油中笔者发现该体系表现出反常电流变行为，不加电场时体系的表观粘度约为4.3 Pa·s，随着电场的增加表观粘度减小，电场为4 kV/mm时表观粘度下降到初始值的1/4。这种反常电流变现象的起因是外电场使得极性纳米线往两个电极板附近聚集，电极板中间区域纳米线减少，整个体系的粘滞性减弱。　　 ⑹场发射在真空电子学领域具有广泛的应用前景，但研究发现基于纳米材料的场发射阴极当电流密度较大时因局域热效应等经常出现稳定性差的问题，为降低局域热效应本文构建了三角状ZnO纳米片阵列场发射阴极，其场发射稳定性好，发射体-阳极间距为325μm时，场增强因子为1389，宏观开启场强为3.6V/μm，宏观阈值场强为5.0 V/μm，电流密度为～1.46 mA/cm2时的波动小于1.5％。三角片状发射体电阻相对较小，热效应低，散热面积大，热传导能力强，这些因素使得局域热效应低，场发射稳定性好。