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由于ZnO具有宽的直接带隙(3.34eV)和高的室温激子束缚能(60meV)，在紫外光电器件和室温激光器方面具有诱人的应用前景。纳米结构中的光子限域效应、电子限域效应、高比表面积效应使这种结构的ZnO材料，例如ZnO纳米棒，展现出了许多不同于它的体材料的吸引入的奇特性能和应用潜力。然而，大部分的器件应用都需要对纳米棒的排列取向、生长位置、排列有序性、形状、尺寸进行精确控制。本论文围绕以可控的方式制备Zn0纳米棒阵列展开研究工作，以期实现自下而上地组装ZnO纳米棒阵列器件。
首先，通过碳热还原反应ZnO粉末的方法，在一个相对比较低的反应物浓度下在硅衬底上制备了ZnO纳米棒阵列。这种纳米棒具有规则的几何形状、平整的表面和明锐的棱边，具有高的晶体质量和优异的自由激子发光性能。棒的顶端形貌可以通过冷却方式控制。可以利用一个两阶段过程解释这种纳米棒的生长机理：在第一阶段，金属催化剂颗粒通过气.液.固机制促使形成短小的Zn0纳米棒，然后这种小纳米棒通过晶体生长过程长大为多面体颗粒；在第二阶段，形状规整的ZnO纳米棒在多面体颗粒的c面上通过同质外延各向异性生长模式获得。使用水晶片和蓝宝石作为衬底可以提高纳米棒阵列的取向排列质量。这种形状规整的纳米棒可能是制作高效纳米激光器的理想建材。
其次，开发出一种成本低、行之有效的方法制备六方排列的周期性ZnO纳米棒阵列。先在聚苯乙烯微球自组装单层膜的辅助下，通过选择性湿法刻蚀方法在蓝宝石衬底上制备金催化剂颗粒二维六方图案，然后通过催化剂诱导的外延生长机制生长ZnO纳米棒阵列。一个催化剂颗粒位置生长一根纳米棒，催化剂颗粒的大小可以不依赖聚苯乙烯球的尺寸加以调控，纳米棒的直径可以通过反应物料的量控制。生长完成后，纳米棒阵列保持了初始聚苯乙烯球自组装单层膜的周期有序性。
第三，通过简化和完善工艺，提高了利用聚苯乙烯球自组装单层膜制备金催化剂颗粒图案这一技术的可控制性和实用性。在优化生长条件后，在衬底级尺寸规模上大面积制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列，这种纳米棒阵列具有均匀的尺寸分布、完美的表面形态、可控的单根纳米棒尺寸。在这种纳米棒阵列中观察到了受激辐射行为，受激辐射阈值大约为150KW/cm2。这种高度有序的纳米棒阵列可能应用于制作二维光子晶体器件、纳米激光器、激光显示器、以及其它光电器件。这一实验证明了，即使在没有高精度的印刷技术和高度可控的生长系统的条件下，也可以对纳米棒阵列实现高水准的有序组装。