新材料和新能源的开发和利用对人类社会可持续发展具有重要意义，研发和探索新功能材料和可再生能源是当前面临的最迫切挑战之一。纳米科技是当今世界高新技术发展的支柱之一，也是新能源和新材料研发依赖的重要途径和方式。纳米材料和器件是纳米科技的核心和基础，纳米技术从基础到应用的一般途径是从纳米材料的合成到纳米器件的制备，再到更高一级的纳米系统的组装及应用。　　本论文分为上下两篇，分别针对纳米材料的合成和纳米器件的制备和应用进行研究和论述。上篇是关于异质纳米结构的合成与表征，以及生长机理的系统性研究。下篇介绍了一种基于新原理开发的纳米发电机，可以从周围环境中有效地收集能量然后转化为电能用于驱动小型电子产品和器件。主要的研究内容和成果如下:　　上篇一，我们发展了一种简单有效的方法用于水相体系中合成均一的核—壳异质金属纳米粒子，以Au纳米八面体作晶种合成了高质量的Au@Pd、Au@Ag纳米立方体和Au@Pt多晶纳米球。基于对两种不同生长模式的系统研究，我们首次提出了异质金属外延生长的一般规则，核—壳金属的原子半径、金属键能以及电负性各自对应的匹配关系在决定层状外延生长模式中起关键作用。对生长模式的系统性研究和总结的规则将有助于设计和合成其它复杂形式的异质纳米材料，如多层结构和金属—半导体杂化结构。　　上篇二，为了研究清楚核—壳型异质金属纳米结构如何释放晶格不匹配产生的应力，我们对包覆有不同Pd壳层厚度的Au@Pd纳米晶体的表面和界面结构进行了详细的表征和分析。结果证实当Au核表面只包覆有单层或亚单层Pd原子时，晶格失配产生的应力通过肖克利局部位错伴随堆垛层错的形式释放;当Au表面包覆有多层Pd原子之后，晶格失配的应力释放则是依靠Au原子扩散到Pd壳层中形成长程有序的L11Au-Pd合金结构来完成。这项研究揭示了Au-Pd体系存在较大的晶格失配度的情况下仍然采用层状外延生长模式的根本原因。　　上篇三，我们利用纳米晶体晶面间结构的差异，选择性地生长单晶ZnO纳米棒在Ag立方八面体的{111}晶面而非{100}晶面上，合成了Ag-ZnO异质纳米结构。通过对异质结构的详细表征初步确认生长层和基底之间的结构匹配性在这种新的晶面选择性外延生长的模式中起决定性作用。为了研究Ag和ZnO之间界面处的电学性质，我们以多步生长法合成的微米级Ag立方体和Ag线作晶种，制备出显微镜下容易操控的单个异质结构器件。测试结果证实了异质结构中Ag和ZnO之间界面处是典型的肖特基接触。这类异质结构在功能器件、生物传感器和催化等领域具有潜在的应用价值。　　下篇一，基于聚合物材料摩擦起电和静电感应相结合的原理，我们利用一种全新的、简单而有效的方法可以将机械能转换成电能用于驱动小型电子设备。摩擦电发电机(TEG)由两种镀有金属电极的聚合物薄膜组装而成，在外力作用下器件中的聚合物膜产生形变和相互摩擦，形成电荷分离和电势差，并驱动电子在外电路中流动。单个器件的输出电压达到3.3V，峰值功率密度10.4mW/cm3。这项研究为功能性和自驱动的有机纳米器件的设计和应用开辟了一条新的途径。　　下篇二，透明、柔性和高效率的电源输出装置将是未来有机电子和光电子器件的重要组成部分。在第一代摩擦电发电机的基础上，我们采用透明高聚物材料制备了一种新的高性能输出的柔性透明纳米发电机。借助光刻、蚀刻和模板工艺在聚合物表面制备了均一规则的微型阵列结构，将纳米发电机的输出效率提高了四倍。此外，所制备的纳米发电机可作为一种自驱动的主动式压力传感器，用于感测微弱的压力和振动，如水滴或羽毛落下时产生的轻微碰触。　　下篇三，摩擦电发电机结构简单、新颖，输出性能高，在工业生产和实际应用中与目前其它类型的微型发电机相比具有明显的优势。摩擦电发电机在自驱动系统中展现出很好的应用前景，它可以通过人体运动、海浪、机械振动等多种方式和途径收集能量，进而转化为电能应用于个人电子产品、环境监控、医疗科学甚至是宏观电源装置。