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纳米线（Nanowire,NW）因其兼具传统材料的性能与特殊的准纳米一维结构,在新型半导体材料、新能源材料、功能材料及纳米增强复合材料等领域具有重要的应用。化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,CVD）法是生长高质量单只（阵列）纳米线的重要方法。CVD过程中纳米线的生长机制主要包括“气-液-固（VLS）”机制和“气-固（VS）”机制。其中,VLS机制一般被用于解释有催化剂辅助的纳米线生长过程。研究VLS机制的基本过程对高质量纳米线及其功能器件的制备具有重要的理论指导意义。VLS机制包括多个子过程,以往研究主要针对各子过程建立相应的模型,而对VLS机制统一模型的研究仍需进一步完善。本文致力于将大多数VLS子过程统一到相同理论框架下并发展基于Si纳米线的VLS轴向及径向生长模型。基于该模型进一步研究纳米线群体随机生长时网状形貌的形成及其结构演化规律。主要研究内容及结果如下:基于计算相图方法（Calculation of Phase Diagrams,CALPHAD）和Butler模型对Au-Ge、Au-Si及Ag-Si共熔液滴的液相线及表面张力进行了计算。结果表明,计算得到的L/L+Ge液相线（Au-Ge系统）与相图的拟合相关系数达到0.988;计算得到的L/L+Si液相线（Au-Si和Ag-Si系统）与相图的拟合相关系数分别为0.993和0.996;Au-Ge及Ag-Si二元共熔液滴的表面张力是液滴成分和温度的函数。液滴成分相同时,系统表面张力随温度的升高而降低。相同温度下,液滴表面张力随Ge（Si）摩尔分数的增大而下降;Ag-Si系统中Si的平衡分压低于其纯组分的蒸气压,引起气相中Si的过饱和。从几何关系、能量平衡及相间传质过程三个方面建立了将Si纳米线几何参数演化与物质传递过程有机结合的VLS轴向生长模型。模型不仅能够获得Si纳米线顶端半径、润湿角、倾斜角、液滴成分及轴向生长速率随时间的演化规律,而且能够描述其稳态轴向生长速率与半径的相关性。利用相关文献中关于Ge和Si纳米线的生长动力学实验结果对轴向生长模型进行了验证,结果表明模型的计算结果与文献中的结论一致,相关系数为0.925～0.992。基于基底和纳米线边壁的扩散方程建立了气相-基底、基底-边壁、边壁-液滴及气相-边壁的传质模型。根据边壁扩散模型和纳米线边壁的物质平衡关系进一步建立了径向生长动力学模型。边壁扩散及径向生长模型能够描述纳米线生长过程中基底及边壁表面物质浓度、边壁形状、径向生长速率及气相-边壁物质流随长度和时间的变化关系。利用实验获得的Si纳米线生长动力学数据对建立的纳米线VLS轴向及径向生长模型进行了验证。以Ag为催化剂,利用CVD法在950℃～1200℃之间制备了直径为20nm～40nm的SiOx包覆Si纳米线。计算结果表明模型能够准确描述Si纳米线的长度-时间关系（相关系数为0.923～0.955）、边壁形状（相关系数为0.876～0.979）以及轴向生长速率的尺度相关性（平均相对误差为3.8%～12%）。模型对Si纳米线VLS生长过程的仿真表明系统的能量平衡对纳米线根部的形状具有显著影响。在初始生长阶段,纳米线半径减小以降低因新生气-固界面而增加的表面能。半径变化产生的Gibbs-Thomson效应破坏了液滴内的物质平衡,造成轴向的非稳态生长。纳米线几何形态、气相-边壁传质、边壁物质浓度及径向生长过程相互影响并形成闭环反馈,共同决定径向生长的动力学过程。此外,边壁-液滴传质的活跃程度会显著改变纳米线轴向生长速率与半径的相关性。基于蒙特卡洛方法生成了与纳米线网状形貌结构相似的模拟形貌,定义理论容积率描述纳米线数量、长度与半径间的相互关系。利用分形几何方法对模拟形貌分形维数的计算表明其与理论容积率在双对数坐标下呈线性的带状分布,分布宽度随模拟纳米线半径的增加而降低。基于格子模型对不同参数模拟形貌细观几何结构的统计分析表明模拟形貌具有均匀的几何结构,被形貌覆盖格子数的频率曲线随着理论容积率的增加由正偏态转变为正态,平均值增大。利用与模拟形貌进行相似性比较的方法对Si纳米线网状形貌中纳米线的平均数量与长度进行了估计,相对误差为7.8%～12.3%。对纳米线网状形貌的结构演化规律进行了研究。定义实际容积率描述网状形貌中纳米线网状结构的密度及空间占比;基于对模拟结果的归纳得出实际容积率与纳米线数量、半径及生长速率间的唯象关系。模型对1000℃及1100℃下Si纳米线网状形貌实际容积率演化的模拟表明:当纳米线数量呈饱和增长时,计算与实验结果的一致程度最高。进一步的仿真表明实际容积率的增长动力学符合“S”型增长模型。不同的纳米线增长模式能够改变实际容积率“S”型增长过程中不同增长阶段的组成比例。