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本论文以半导体表面增强拉曼散射(SERS)衬底和二氧化钒(VO2)热致变色纳米材料为研究对象，针对目前这一领域存在的一些问题，进行理论和实验研究。一方面基于光致电荷转移理论提出提高半导体SERS活性的普适方法和理论模型，通过设计材料，验证该普适方法和理论模型，以期获得具有高SERS活性的金属氧化物半导体纳米材料。另一方面，发展一种制备非晶VO2胶体的简单方法，以期获得具有优异红外性能的VO2(M)纳米颗粒和纳米膜。 基于吸附分子能级，半导体能带和光子能量之间的匹配关系，提出了提高半导体衬底SERS性能的一种普适方法;基于光致电荷转移理论，提出了计算SERS增强因子的有效电荷模型;探讨了半导体衬底的SERS增强因子与衬底缺陷浓度的关系;优化了α-MoO3和α-V2O5纳米材料的SERS性能，理论预测与实验符合的很好。发现α-MoO3-x纳米带SERS衬底对R6G和MB的增强因子分别可以达到107和106，为目前半导体衬底中最高的增强因子。在上述研究基础上预测了一批金属氧化物半导体衬底的SERS活性，推测了缺陷浓度对它们SERS性能的影响，理论预测与实验结果符合很好。 进一步研究了贵金属-半导体复合纳米结构(Ag/α-MoO3-x)的SERS性能，探讨了Ag/α-MoO3-x复合衬底SERS活性与氧空位缺陷浓度之间的关系。与Ag纳米颗粒和α-MoO3-x纳米带相比较，发现Ag/α-MoO3-x复合衬底具有更加优异的SERS活性，对R6G的检出限可以达到10-12M，增强因子可以达到1010。 采用阳极氧化的方法，成功地制备出非晶VO2胶体溶液，发现可以通过改变胶体合成和分散时使用的溶剂，调控非晶VO2的结晶温度;在空气中通过低温快速退火的方式，可以获得平均尺寸为50nm的VO2(M)纳米颗粒，相变温度降低到56℃。VO2(M)纳米颗粒膜可以直接由非晶胶体旋涂在加热的玻璃上获得，有利于规模化制备;VO2(M)纳米颗粒膜在可见光区的积分透过率为40.7％，太阳光调控幅度为9.4％，电阻调控幅度可达5×104，显示出在智能窗、光电开关和热敏电阻方面的巨大应用潜力。