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半导体纳米材料是构建半导体器件的物质基础，其制备和应用成为现代纳米材料研究领域的热点。近年来，氧化物半导体纳米材料由于其独特的性能和应用潜力受到了人们的日益关注。本论文选取氧化锌、氧化铟和氧化镉三种重要的氧化物半导体，围绕其水热合成、结构与性能之间的关系展开研究，并探讨了纳米结构的形成机理。
1.以三乙醇胺(TEA)水溶液为溶剂，利用无模板水热法合成了尺寸分布较窄、大小可控的均一单分散ZnO微球。ZnO微球由直径在16.4～21.9 nm的纳米颗粒聚集而成。仅通过改变反应温度可以调节ZnO微球的直径范围为670～1150 nm。利用高分辨透射电镜、扫描电镜等手段对其微结构和形貌进行了系统的研究，提出了ZnO微球的形成机理是以三乙醇胺(TEA)为导向的“成核-聚集”过程。研究了不同直径ZnO微球对应的光学性能。此外，利用醇解路线合成出表面光滑、直径分布在5.5～11μm的ZnO微球，研究发现在微量无水乙二胺为助剂的情况下，采用无水乙醇、正丙醇或正丁醇为溶剂时均可以得到上述尺寸的ZnO微球，考察了ZnO微球的演变过程，提出了这种ZnO微球的形成机理。
2.以六亚甲基四胺(HMT)为结构导向剂，水热合成了由尖的ZnO纳米棒自组装成的三维海胆状结构。利用高分辨透射电镜、扫描电镜等手段对其结构、形貌进行了系统分析，并提出了尖端的形成机理。详细的考察了海胆状ZnO纳米结构的场发射性能，结果表明这种ZnO纳米结构具有良好的场发射性能和稳定性。场发射开启电场约为3.7V/μm，阈值场强约为4.8 V/μm，250 min的稳定性测试表明场发射电流波动范围小于4％，根据Fowler-Nordheim(FN)理论计算得场增强因子为1239。这样的场发射性能使得海胆状ZnO纳米结构很有希望用作场发射微电子器件中的阴极材料。
3.以微量的无水乙二胺为结构导向剂，水热合成了实心或管状微棒组装成的ZnO对称孪晶结构。作为组装结构单元的六方棱柱状ZnO微棒是单晶的，沿[001]方向生长，直径大约2.8μm，长4.6μm，提出了其形成机理。这种对称的ZnO结构在光电器件领域将有着潜在的应用。通过改变其它合成参数，论文还合成出由ZnO纳米棒组装而成的多种花状结构、毛刷状结构和芦苇状结构等。
4.以N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为结构导向剂水热合成了C-InOOH复合物微球，随后通过焙烧除碳脱水，制备出由纳米棒组装成的新型In203空心微球。组装单元Iri203纳米棒是由直径在30～60 nm的纳米颗粒通过“取向排列”作用组成。改变DMF的加入量，可以调节空心球的平均直径范围为1.6～3.9μm。阐述了这种新型In2O3微球的形成过程和生长机制。详细研究了其对乙醇的气敏性能，测试结果表明In2O3空心微球具有较高的灵敏度和较快的响应-恢复特性，是一种很有潜力的气敏材料。
5.以乙二胺四乙酸二钠( EDTA-2Na)为结构导向剂，水热合成了均一单晶Cd(OH)2六边形纳米片。通过改变反应温度可以调节六边形边长范围约为140～200 nm，厚度几乎保持不变(约为80 nm)。利用高分辨透射电镜、扫描电镜等手段详细的分析了其结构和形貌，提出了六边形Cd(OH)2纳米片形成机理是通过纳米颗粒之间的“取向排列”作用。焙烧后得到了尺寸几乎不变的CdO六边形纳米片，室温荧光测试表明随着激发波长的变化，最大发射峰位置也逐渐改变。