ZnO是一种重要的直接宽禁带半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,在微电子器件和光电器件等领域有广阔的应用前景。ZnO纳米材料具有独特的光学、电学和磁学等性质,是目前纳米材料研究的前沿和热点。本文采用水浴法,以Zn（NO₃）₂和（CH₂）₆N₄的混合溶液为反应生长溶液,在硅衬底和经过表面处理的硅衬底上制备出了不同形貌的一维ZnO纳米结构。通过改变生长条件,实现了ZnO纳米结构的可控生长。通过改变反应溶液浓度、生长时间、生长温度、溶液pH值和衬底材料,制备出了纳米棒、纳米棒阵列、纳米颗粒、纳米片、纳米管等ZnO纳米结构。采用XRD、SEM、EDS等分析测试手段对样品的结构、表面形貌和成分进行了表征,并讨论了ZnO纳米结构的生长机理。通过对ZnO纳米棒阵列的XRD分析及PL谱测试,讨论了退火前后、掺Al³⁺和掺Co²⁺对ZnO纳米棒阵列的晶体结构和光致发光性能的影响。分析表明退火、掺Al³⁺和掺Co²⁺后,样品特征发光峰的强度都增大,随着掺杂浓度的增大,特征发光峰都呈现出了先增大后减小的趋势,且出现了红移。并且Co²⁺掺杂比Al³⁺掺杂能更有效的提高ZnO纳米棒阵列的可见光发光强度。通过对ZnO晶体结构的分析,详细的阐述了紫外和蓝光发光峰产生的机制,并解释了发光峰红移的原因,为下一步制备基于ZnO纳米棒阵列的光学器件提供了一定的实验和理论基础。对不同溶液浓度下和不同衬底上制备出的ZnO纳米棒阵列进行了场发射性能测试,当反应溶液浓度为0.01mol/L时,ZnO纳米棒之间的屏蔽效应减弱,具有较强的电子发射能力。对硅衬底进行喷金或镀铜处理后,能提供更多的发射电子和良好的导电通道,能大大提高样品的场发射能力。通过SEM和光斑测试讨论了影响样品场发射性能的关键因素,提出了增强场发射性能的工艺方法。说明采用水浴法能够制备出具有良好场发射性能的ZnO纳米棒阵列场发射阴极,在场发射应用方面有着较好的发展前景。