气体放电研究,尤其是微小问隙下的放电,具有突出的学术价值。一方面,在集成电路和MEMS等器件中,放电击穿是应着力避免的问题；另一方面,在新型的气体传感器、气体除尘、离子推进等领域,放电击穿是重要的分析和应用手段。因此,对材料的电学击穿以及放电行为进行系统的研究显得非常有必要。对纳米材料在小间隙低电压的情况下的放电行为的研究,尚处于起步阶段,更是目前的研究热点之一。本文以硅纳米线(SiNWs)作为研究对象,研究其制备、修饰,以及在场致电子发射、电晕放电和气体电离等方面的性能。论文的主要内容和研究结果如下：第一,完成了硅纳米电极的优化制备,并以此为基础,首次在其上进行了金纳米粒子修饰,得到了Au/SiNWs电极。运用金属辅助化学湿法刻蚀,制备了直径在50-300nm左右,具有高长径比的直立结构的SiNWs,并研究了刻蚀参数对纳米线形态的影响。通过硅烷偶联剂APTMS将金纳米粒子成功组装到SiNWs表面,金纳米粒子的平均直径为10nm,且修饰的金纳米粒子为单晶,含量为7.26%。第二,研究了SiNWs以及金纳米粒子修饰的SiNWs (Au/SiNWs)的真空场发射性能,获得了超低的开启电场。首先,研究了不同类型硅片制成的SiNWs的场发射性能,发现n型低掺杂SiNWs的场发射性能最好。其次,采用SiNWs/金纳米粒子复合结构来提高场发射性能,发现经过修饰以后的SiNWs勺场发射性能有了很大的改进,开启电场由未修饰的1.76V/μm降低至0.17V/μm。同时由于金纳米粒子的修饰作用,提高了SiNWs的导电性能,所以电流密度也因此增大。接着研究了SiNWs和Au/SiNWs的变温场发射特性。发现SiNWs的场发射性能随着温度的增加而能略有所提高,在各个温度下的电流密度有明显差异。而随着温度的升高Au/SiNWs勺场发射性能明显提高。最后,鉴于SiNWs表面本证氧化层的存在,提出了基于MIS的SiNWs能带模型,分析了场发射的机理。第三,采用SiNWs尖端-金属平面电极结构,研究了常温常压下,SiNWs电极的正电晕和负电晕放电特性。首先,采用简化的针尖-平面电极模型,进行了放电器件设计。接着对此结构在常温常压下进行测试,得到正电晕放电的起始电压在700V左右,稳定的正电晕放电工作电压的范围为700-1600V。负电晕放电起始电压在400V左右,负电晕放电工作电压的范围为400-1700V,发现负电晕的电晕范围比正电晕放电时更大,负电晕放电的性能要比正电晕放电稳定。最后,根据电晕放电电压-电流的拟合公式进一步研究了多针尖-平面电极结构的电晕放电特性。第四,利用微机械加工的SiNWs电极,研究了微米间隙尺度(1-20μm)时SiNWs电极的气体电离特性,发现微小间隙下放电规律与经典Paschen公式的背离。首先,利用MEMS技术制作出两种间隙在微米级可控的电极结构。一种是通过刻蚀玻璃,形成玻璃凹槽式电极结构；一种是对硅表面进行选择性刻蚀,形成硅凹槽式电极结构。接着在常温常压下研究SiNWs的电离全伏安特性,测得空气的击穿电压仅为21±1V左右,远远低于其他一维纳米材料的击穿电压。其次分别研究两个特征量即气压P和电极间隙d对气体电离的影响。随着压力对数降低,气体击穿电压和击穿电流均随之呈线性降低。当电极间隙小于7μm,击穿电压关于电极间隙d呈强线性关系,背离Paschen曲线。当电极间隙大于7μm,击穿电压与Paschen曲线基本符合。研究了电极极性、纳米电极掺杂类型和浓度等对气体电离的影响。研究发现,n型低掺杂SiNWs的击穿电压小于p型的击穿电压,击穿电流大于p型的击穿电流。而p型低掺的击穿电压和电流均低于p型高掺的击穿电压。