钒氧化物由于其独特的金属-绝缘相变（MIT）特性备受人们关注,目前在光电探测、场效应晶体管、热/光开关等领域得到广泛的应用。然而由于钒氧化物在生长过程中存在多达十三种相互竞争的钒氧化物相以及大多钒氧化物热力学不稳定等问题,使得高质量的、物相单一的钒氧化物,尤其是混合价态的钒氧化物(如V₆O₁₃)的合成面临巨大的挑战,成为制约钒氧化物特性及应用研究的一大问题。解决上述问题的关键在于掌握钒氧化物生长过程中中间相的演变过程,理解其生长热力学机理。基于此,本文开展了钒氧化物(VO₂颗粒和V₆O₁₃晶体)的制备、生长机制及其应用的研究,具体包括:1、VO₂颗粒生长机制及其相变调控的研究首先,采用一种简单的蒸镀、退火策略制备出了分散型、物相单一、颗粒均匀的VO₂颗粒薄膜。利用准原位监控生长技术系统地研究了V₂O₅前驱薄膜到VO₂颗粒薄膜的演变过程,结果表明前驱薄膜在退火中经历固态反润湿和热解协同的过程来形成分散的VO₂颗粒,然后进行结晶过程来实现理想的取向,通过分析我们提出了薄膜固态反润湿（Solid-state dewetting）的生长机制,利用相图解释了VO₂颗粒生长的规律。其次,在生长机制、相图的指导下,通过控制前驱薄膜的厚度,制备出可控粒径的VO₂颗粒薄膜,利用变温拉曼测试手段确定了不同粒径的VO₂颗粒薄膜的相变行为,实验发现,通过对粒径的调控可以实现对VO₂颗粒相变行为的调制,在220 nm至1.05μm范围内,MIT（金属-绝缘相变）温度及迟滞随粒径的增加而减小,其中平均粒径为1.16μm的颗粒薄膜,实现低相变温度（41℃）、零迟滞的优异相变行为。最后,在XRD、Raman、XPS以及SEM等表征数据的支持下,分析了粒径相关的结晶度、应变和缺陷对VO₂颗粒的相变行为的调制作用,结果表明:在较大尺寸下,压应力主导着MIT行为,而在较小尺寸下,表面拉伸应力和表面缺陷效应的作用变得尤为突出。2、V₆O₁₃晶体的生长动力学及其光电探测的研究首先,采用简单的滴涂、退火的方法制备了高生长取向（00l）的V₆O₁₃层状晶体;其尺寸可控,最大尺寸可达毫米级,解决了目前实验室难以制备出高质量V₆O₁₃晶体的难题。其次,在实时原位观察晶体生长技术的支持下,我们直观地、动态地观察了V₆O₁₃晶体的生长过程及其中间相的演变,结果显示V₆O₁₃的成核是从V₂O₅同步熔化和分解阶段开始的,融化吸热过程为V₆O₁₃晶体沿熔融/固体界面的快速生长提供了主要驱动力,同时结合热综合分析,定量分析了其生长热力学。在本文中,我们提出一种新的生长机制-熔化驱动&热解（Melting-Driven&Pyrolysis;MDP）。然后,将制备的V₆O₁₃晶体制备成悬空式双端光电探测器件,首次研究了V₆O₁₃的光电特性,研究表明基于V₆O₁₃晶体的光电器件表现出高响应速度（42ms）、高响应度（10-100 A/W）以及宽光谱（0.4-8.8μm）等优异的光电探测性能。最后,利用扫描光电流显微镜测试对V₆O₁₃光电探测器件的光响应机制进行了探究,光电流成像数据分析表明V₆O₁₃晶体表现出优异的光电性能来源于光电效应和辐射热计效应的协同作用。