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在纳米材料中，由于其尺度与光波波长、电子波长以及超导态的相干长度等物理特征尺度相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏，纳米微粒的表面层附近的原子密度减小，电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些特征导致纳米材料宏观上的声、光、电、磁、热、力学等物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。
特别是对于一维纳米材料，如纳米线和纳米管等，在多个领域的潜在应用近年来得到了广泛的关注和发展，纳米线阵列因其在高密度存储，传感器和热电器件方面的应用而别具吸引力。在制备一维纳米材料的各种方法中，模板辅助生长方法作为一个简单通用的技术，被大量应用。其中多孔氧化铝模板由于具有极好的化学、机械和热稳定性，以及极高的有序度，相对于其他模板在一维纳米材料的制备上具有更为突出的优势。
另外，在多孔纳米材料作为功能材料的应用上，一般纳米材料与其对应的反相结构多孔材料，电子/声子/光子等载流子在其中的传输具有很大程度的相似性(例如纳米粒子组装薄膜—三维纳米多孔薄膜，纳米线阵列—纳米孔道阵列多孔材料)；但同时多孔纳米材料却具有宏观块状固体的表象，在应用中无须进行组装的独特优势，使得多孔纳米材料在许多领域的应用更为方便。特别是具有自组织生长特性的几种多孔半导体纳米材料如多孔硅等，更是受到广泛关注。
本文首先对多孔阳极氧化铝的制备和成孔机理进行了研究。采用两步阳极氧化法成功制备了表面平整、孔道平行并且孔径均匀，有序度较高的多孔阳极氧化铝模板。提出了非平面氧化效应引起的应力非均匀分布在多孔阳极氧化铝的成孔过程中的作用，这对于理解花纹表面的多孔氧化铝薄膜生长过程具有指导意义，有利于结合光刻工艺制备各种所需的非二维六角密堆孔道结构模板。
进一步，本文对纳米复合结构体系的光电特性进行了研究，主要讨论了纳米体系的结构参数与宏观光电性质之间的联系。
1)对多孔阳极氧化铝和氮化镓薄膜的光致发光特征进行研究，揭示光致发光震荡现象是由于薄膜上下表面间的光干涉原理导致；并讨论了这种光致发光震荡现象与薄膜有效折射率/厚度的关系，提出了一种新的测量薄膜有效折射率/厚度的方法。利用有效介电场理论对薄膜结构参数与发光震荡的关系进行了初步的模拟，发现薄膜的多孔率以及孔道中填充的材料在很大程度上可以影响薄膜发光的单色性，对于制备高发光效率、单色性好的发光器件具有一定的指导意义。
2)采用量子限制发光中心模型对包含纳米硅晶粒的多孔硅薄膜的光致发光特性进行了理论计算，获得了纳米晶和发光中心之间由于电子空穴俘获率不同引起的内电场对发光峰位的影响关系。这种影响可以对发光中心的发光峰位进行调制，由此得到了一种控制发光峰位的可能方法—通过外电场或者磁场来调节样品的发光中心与晶粒间的内场，从而达到调节峰位的目的。