金属氧化物是由氧元素与一种或多种金属化学元素组成的二元或多元化合物,其性质稳定,在地球上广泛分布,具有包括高载流子迁移率、宽带隙、以及可控掺杂等在内的众多优异特性,在薄膜晶体管、光电探测器、生化传感器、超级电容器、压电发电机、太阳能电池和催化降解等领域有着广阔的应用前景。目前,金属氧化物纳米材料的制备已日趋成熟,然而其灵活的图案化制造以及高效的组装与集成却面临众多问题,如成型精度低、步骤繁琐和三维组装受限等。飞秒激光直写技术通过将高能脉冲聚焦到材料内部,可诱导材料的聚合、改性和成型,具有高精度、高定向、材料适用性广以及真三维制造能力等优点。本文针对目前金属氧化物微纳结构在制备和组装过程中所存在的上述问题,利用飞秒激光直写技术对其进行图案化制备、定向组装以及器件集成的研究,并分析和讨论了制备和组装的机理。本文取得的主要研究成果和创新点如下:（1）将飞秒激光直写技术与传统溶胶-凝胶法相结合,实现了高精度二氧化锡（Sn O2）微纳晶体结构的制备,所制备的微纳结构具有良好的形貌与晶体结构,线宽可达到1μm左右,晶粒为135 nm左右。进一步,对比分析了飞秒激光直写与纳秒激光和皮秒激光微纳加工技术制备Sn O2微纳结构的过程,飞秒激光直写系统的紧聚焦单元和超短脉冲作用时间,使得最终制备出来的Sn O2微纳结构分辨率相对较高。此外,根据双温方程温度分布所得出的仿真结果表明,飞秒激光作用Sn O2晶体时,没有产生明显热积累,电子和晶格温度沿着垂直于衬底即纵向方向的衰减明显快于平行于衬底的水平方向的衰减。（2）以硅烷偶联剂（silane）所修饰的高浓度、均匀分散的氧化锌纳米线（Zn O NWs）复合丙烯酸光敏树脂为原材料,研究了Zn O NWs的飞秒激光直写定向排布和组装,并通过超快非线性光谱等表征手段证实了Zn O NWs在飞秒激光直写组装作用下能实现三维的高定向排布,组装精度高达300 nm。（3）探究了飞秒激光直写组装Zn O NWs的物理机制,研究了不同材料特性和激光参数对Zn O NWs组装效果的影响。结果表明在silane的修饰下,以及激光功率、扫描速度和填充间距分别为10 m W、50μm/s和400 nm时,可得到高定向排布的纳米线组装体。通过对组装过程Zn O NW的受力进行分析并结合仿真结果,发现包括剪切力、体积收缩应力和空间约束效应等在内的非光学力是诱导Zn O NWs定向排布的主要因素。（4）分别对飞秒激光直写制备的Sn O2微纳晶体结构和高定向组装的Zn O NWs进行器件集成,测试和研究了其气敏响应特性与紫外光电探测特性。所制备的Sn O2微纳晶体结构在室温条件下对硫化氢（H2S）和二氧化氮（NO2）气体具有灵敏的响应,其NO2气体的检测限仅为0.25 ppm,并且对UV光具有良好的重复响应特性。高定向组装的Zn O NWs在UV光辐照下,器件的开关比可达到300:1,响应度高达4×10~4 A/W,并且对UV光的偏振方向敏感,可应用于偏振紫外探测。本文利用飞秒激光直写方法实现了高品质Sn O2微纳晶体结构的图案化制造以及Zn O NWs在三维空间的高精度、高定向组装,对制备和组装机理分别进行了仿真和分析研究,并实现了气敏传感器和紫外光探测器的组装与集成。研究结果既加深了对飞秒激光制备和组装过程与机理的认识,也为未来金属氧化物功能性器件的片上集成提供了一条策略,具有一定的借鉴意义。