氧化锌(ZnO)作为一种新型的宽禁带半导体材料,具有较宽的直接带隙能带结构,室温下禁带宽度为3.37eV,且激子结合能(60meV)远高于其他宽禁带半导体材料,其激子在室温下能够稳定存在,易于实现室温或更高温度下高效的激子受激发光。因此,氧化锌在许多应用领域,诸如液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管、场致发射器件等产品中具有潜在的研究价值而备受人们关注。随着纳米材料的制备与研究日益成熟,ZnO纳米结构因其具有优异的物化性质而成为人们探究的热点。其中一维氧化锌纳米结构场致发射性能得到广泛的研究,因其具有良好的抗氧化能力、较高的热稳定性、负的电子亲和能、成本低廉等特点,有望成为最理想的场发射阴极材料之一。但影响电子场致发射的因素众多,如几何结构、形貌特征、外界条件等,寻找能够提高和改善一维ZnO纳米结构场发射性能的方法是十分重要和必要的。然而实验研究效率较低,研究成本较高,通过模拟计算从理论上进行研究,极大地缩短了研究周期,并且对实验研究起到指导作用,从而加快研究进程。本文运用基于密度泛函理论的第一性原理软件Materials Studio中的DMol3模块理论研究了一维ZnO纳米结构的几何构型和场致发射特性,取得如下创新性结果：(1)以第一性原理计算方法为基础,研究了不同构型的ZnO-NC (氧化锌纳米锥),得到了五种稳定的几何结构(根据ZnO-NC尖端原子构型特征)：Zn-Zn(4P), Zn-O(4P),O-O(4P), Zn-O(2Q-2H)和Zn-O(2Q-4H),通过电子态密度(DOS),赝能隙,HOMO/LUMO(最高占据分子轨道／最低未占据分子轨道),能隙分析表明：在外电场下,Zn-Zn(4P)表现出优异的电子结构特性,更具有发射电子的潜能。(2)采用基于密度泛函理论第一性原理计算方法,研究了In/Mg原子分别掺杂Zn-Zn(4P)体系的场发射性能,结果表明：掺杂使结构稳定性增强,相比掺Mg和未掺体系,掺In提高了LDOS(局域态密度)峰值且峰位更靠近EF(费米能级),尖端电子密度增大；根据Mulliken电荷、HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占据分子轨道)能隙及有效功函数的计算,可(?)In-In(4P)具有更优异的场发射性能。(3)建立ZnO-NC(氧化锌纳米锥)数学模型,对静电场中其尖端的电势和电场进行数值计算,得到场发射效应因子表达式为β=H/8πε0·h/d(其中h和d分别为ZnO-NC的高度和尖端直径),分析结果表明：ZnO-NC的高度与尖端直径之比对场发射效应因子的影响最为显著,在ZnO-NC结构稳定且d为定值的情况下,h越高尖端的场发射因子越大,纳米锥尖端场强越强,其场发射性能越突出。(4)采用第一性原理计算方法,研究了不同高度ZnO-NC的场发射性能,结果表明：在ZnO-NC结构稳定且尖端直径d为定值的情况下,随着其高度h的增大其尖端场发射效应因子β增大,根据DOS(态密度)、电子密度、Mulliken电荷、能隙及有效功函数的计算,可知h对尖端场发射性能影响显著,通过控制ZnO-NC的高度可有效提高其场发射性能。