一维纳米材料(如碳纳米管和宽带隙半导体纳米线)已经被实验证实具有优异的场致电子发射性能，有广泛的应用前景。但人们对它们的场发射规律仍缺乏清晰的认识。本文研究半导体纳米线场致电子发射机制，发展超越传统Fowler—Nordheim场致电子发射理论的数值模拟和理论计算方法，探讨与纳米线和纳米管场电子发射有关的新物理现象。 我们提出了一个宽带隙半导体纳米线场发射的双电流模型，其中考虑了电子在纳米线表面定域态之间的跃迁和场感应电子在导带中的输运。建立了能态密度—有限元方法，自洽模拟计算能带图、真空势垒和场发射电流。对宽带隙半导体纳米线场发射的计算表明，当纳米线半径足够小时，在外加电场下纳米线尖端附近的导带底可以降到费米能级附近，使电子占据导带能态的机会大大增加，因而宽带隙半导体纳米线场发射的势垒高度由电子亲和势而不是由功函数决定。我们得到了其费米能级接近导带底的临界条件，并用悬球模型求得了纳米线尖端费米能级与导带底的相对位置δ随外加电场的变化，从而解释了实验得到的单根ZnO纳米线场致电子发射的Z型FN曲线。在计算中通过考虑非平衡效应解释了ZnO纳米线薄膜的FN曲线在大电流时向下弯曲的实验结果。 本文计算了金属型纳米线场发射电子波函数的演化，考察了WKB近似方法在纳米线场致电子发射中的适用性。用波函数匹配方法求出了纳米线内的电子和出射到真空中的电子的波函数，发现外加电场越小、纳米线直径越小，出射电子束截面扩大得越快。计算得到电子隧穿过纳米线末端三维势垒的概率，指出传统理论计算所用的WKB近似方法虽然能够给出定性正确的结果，但对纳米线内纵向动能趋于零或横向动能较大的电子的出射概率误差较大。 采用量子化学方法对碳纳米管的镜像势进行了计算，得到碳纳米管镜像势的拟合公式。用多尺度耦合方法计算了单壁碳纳米管场致电子发射在显示屏上的图像，发现Z型碳纳米管尖端电子态密度的轴对称性自发破缺。