从自然界生物矿物中的单晶复合材料获得启发,越来越多的仿生单晶复合材料被人工合成出来,这些材料在保持晶体本体长程有序性的同时引入了晶体内多相共存的复合结构。其中使用凝胶法生长单晶可以实现三维连续凝胶网络嵌入单晶本体,从而引入了晶体内双连续的互穿网络结构。致力于仿生单晶复合材料的功能化和应用,研究者们发掘出了半导体单晶复合材料。然而作为一种研究尚处于起步阶段的新型材料,半导体单晶复合材料尤其是具备双连续结构的凝胶/半导体单晶复合材料的深入研究工作非常之少,另外目前的工作暂未突破绝缘体凝胶客体的限制,而绝缘体凝胶客体与半导体单晶本体无法形成具备优异光电性能的异质结构,如果能够实现凝胶客体的半导体化,将会对该仿生单晶复合材料的应用向前推进一大步。本论文以实现凝胶/半导体单晶复合材料的功能化为出发点,围绕该材料的性质研究和结构设计开展了一系列工作。论文第一章首先介绍了自然界生物矿物中的单晶复合材料和近年来人工合成的仿生单晶复合材料的研究现状,重点介绍了凝胶/单晶复合材料的研究进展,最后综述了研究者们为实现单晶复合材料功能化方面所做的努力。论文第二章以碘化铅半导体单晶为模型,深入研究了绝缘体凝胶嵌入对其光电性质的影响。我们成功制备得到硅胶/碘化铅单晶复合材料,漫反射光谱测试结果显示硅胶嵌入到碘化铅晶体后导致了其禁带宽度的增大。随着主客体界面面积的扩大以及界面处静电相互作用的增大,禁带宽度进一步增大。由此我们证明了碘化铅本体禁带宽度增大的根本原因是主客体界面处的静电相互作用。这项工作通过凝胶嵌入改变了禁带宽度,为能带工程提供了一种新颖且简单易行的思路。论文第三章利用溶胶凝胶法实现了二氧化钛半导体的凝胶化,并通过紫外光电子能谱和漫反射光谱表征了其能带结构。经过凝胶环境的优化,以该二氧化钛凝胶介质,在其中生长碘化铅半导体单晶,得到了二氧化钛凝胶嵌入的碘化铅仿生单晶复合材料,主要为六边形和六叉形两种形貌。由此我们在该材料的主客体界面设计构造出了晶体内本体接触的半导体异质结构。