自上世纪三十年代被提出以来,暗物质的存在已经被许多天文学观测和宇宙学研究所证实。在目前的宇宙学标准模型中,暗物质约占整个宇宙组成的26%,然而人们对于它的本性仍然知之甚少。在众多来自理论模型的候选者中,弱相互作用大质量粒子（WIMP,Weakly Interacting Massive Particle）被认为是最可能的暗物质粒子,因其从早期宇宙热平衡中退耦出来之后的残余密度恰好与现在的暗物质丰度吻合,并且在超对称模型中自然存在。对WIMP的直接探测技术已经发展了近20年,在这些技术中,二相型液氙时间投影室技术取得了近年来最好的探测上限,被认为是最有希望发现确凿暗物质信号的技术之一。该技术的最大优势是能够同时探测在液氙中沉积能量的反冲事例产生的光信号和电信号,由两者的比值来区分电子反冲（本底）和核反冲（可能的暗物质信号）,并且可以利用电信号和光信号之间的时间差以及信号在光电管阵列上的分布来重建事例在探测器中发生的三维位置。作为国内最早的两个暗物质直接探测实验之一,PandaX实验采用了二相型液氙时间投影室技术,探测器在位于四川省的中国锦屏地下实验室中运行。成立于2009年的PandaX实验组采用阶段性升级的实验方案,除了探测器之外的其他主要配套子系统如屏蔽体、制冷系统、电子学和数据采集系统等都是直接为了吨级液氙实验打造。第一阶段实验PandaX-Ⅰ于2010年开始设计建造,采用120公斤液氙作为探测媒介,特别设计的扁平状时间投影室提高了光探测效率,对于DAMA/LIBRA和GoGeNT等实验声称发现的低质量暗物质信号有更高的探测灵敏度。PandaX-Ⅰ于2014年3月开始正式运行,我们利用放射源刻度数据预先定义了信号的筛选方案,并且在充分了解了探测器各项性能参数的基础上预先定义了暗物质的探测窗口。全部物理数据的采集于2014年10月完成,在总共80.1天×54.0公斤的曝光量中,我们在暗物质探测窗口内发现了7个事例,这跟预计的6.9个事例相吻合。我们公布的暗物质探测上限排除了目前所有声称发现了暗物质-核子的自旋无关弹性散射信号的实验结果。作为PandaX实验的第二阶段,PandaX-Ⅱ实验的概念设计开始于2014年1月,主要升级就是探测器本身。我们特别测量了聚四氟乙烯材料对于氙闪烁光的反射率,并且选用了反射率最高的样品来建造PandaX-Ⅱ的时间投影室。同时,改进的时间投影室结构设计、更高光学透过率的电极以及优化的光电管阵列都有助于提高PandaX-Ⅱ时间投影室的光探测效率,我们预期其值将比PandaX-Ⅰ更高。此外,探测器本身以及其他实验子系统在其他方面也有改进和优化。PandaX-Ⅱ时间投影室可以容纳580公斤液氙作为探测媒介,已经全部安装完毕,目前正在中国锦屏地下实验室进行第二轮试运行,并预计于今年年底开始正式运行采数。在累积一年的数据之后,PandaX-Ⅱ实验预计得到的暗物质-核子自旋无关弹性散射截面探测上限将深入最小超对称标准模型预言的参数空间的中心区域。本论文作者从实验组成立之时即加入了PandaX实验。在整个研究生阶段,作者参与了整个实验的设计、搭建、调试和运行过程,并在导师的指导下主要负责一期和二期的两个时间投影室的模拟、设计、制作和组装工作。