多孔阳极氧化铝(PAA: Porous Anodic Alumina)膜具有六角有序的孔排列、耐腐蚀性、良好的透明性及机械性能,在纳米材料制备和光子器件方面具有广泛的应用前景。PAA膜的制备工艺十分简单而且价格低廉,并且通过控制阳极氧化条件,可以得到孔间距在几十到几百纳米范围内的有序PAA膜,因而深受人们的欢迎。本论文主要内容为高场阳极氧化制备PAA膜及其机理研究,以及基于PAA膜的ZnO纳米结构的制备、生长机理和性能研究。本文首先简单介绍了纳米技术的概念、发展历程和两种一般的实现方法。然后简单介绍了纳米材料的主要表征手段,如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜和光致发光光谱仪等。接着详细介绍了多孔阳极氧化铝的研究进展,包括PAA膜的结构模型、形成机理、制备工艺和主要应用几个方面,力求对PAA膜有全面和精确的认识。接着,在对常规两步阳极氧化技术研究的基础上,我们首次实现了磷酸电解液中稳定的高场阳极氧化,高效地制备出高度有序的PAA膜。实现稳定高场阳极氧化的关键在于解决阳极氧化过程中的散热问题,防止PAA膜出现烧蚀现象。我们通过向磷酸电解液中添加适量的乙醇,使得电解液温度能降至-10℃而不结冰。我们发现,乙醇不仅起到了降低电解液凝固点的作用,还在阳极氧化过程中起到了制冷剂的作用。再借助强劲的低温恒温系统、高速的搅拌器和大容量的电解池,我们在磷酸-水-乙醇电解液体系中实现了195 V、1500-4000 A/m2的高场阳极氧化,制备出孔间距在320-380 nm、孔径为80-140 nm、有序区域高达4-6μm的高度有序PAA膜。在高场条件下,PAA膜的生长速率高达4-10μm/min,远远高于常规阳极氧化时PAA膜的生长速率(50-100 nm/min)。使用相同的方法,我们还分别实现了硫酸-水-乙醇和草酸-水-乙醇电解液中30-80 V、100-180 V的高场阳极氧化,制备出孔间距在70-450 nm内任意可控的高度有序PAA膜。利用高场阳极氧化制备的PAA膜,我们还制备出了氧化铝纳米线阵列、氧化铝纳米线金字塔结构和Y形分叉PAA膜。最后,使用具有不同表面形貌的PAA膜作为基底,采用简单的无催化热蒸发方法,我们还制备出了不同的ZnO纳米结构。利用化学刻蚀PAA膜得到的氧化铝纳米线金字塔结构作为热蒸发的基底,我们制备出了一种新颖的ZnO结构——类荷叶ZnO微纳结构。我们对其结构特征、生长机理进行了研究,并测试了这种结构的疏水性能。结果表明,这种结构不仅具有超疏水性,而且还对水滴有超强的粘附力。这种具有超强粘附力的超疏水表面在微流器件上有着重要的应用。使用高场阳极氧化制备的PAA膜具有针尖状结构的正面作为热蒸发的基底,我们还制备出了高密度的ZnO纳米棒网状结构。研究了ZnO纳米棒的生长机理和结构特征,并测试了其光致发光性能。通过对热蒸发初始阶段不同形貌的基底上ZnO形核情况的研究,我们发现PAA膜的形貌对形成不同的ZnO纳米结构起到了十分关键的诱导作用。