纳米材料由于有着大的比表面积、高的表面活性能,在空气氛围下易于吸附气体分子。因此,纳米材料表界面的气体吸附状态对纳米材料的性能,诸如:催化、电学输运、光检测、气敏传感等,有着很大的影响。其中,固/气界面处吸附的气体离子是一种重要的表面态。例如,吸附在ZnO、TiO₂表面及其与金属形成的肖特基接触界面处的氧负离子,可以在紫外光照射和还原性气体气氛中发生脱附,是光检测和气敏传感的基础。同时,这些吸附的氧负离子参与纳米材料表界面的化学反应,是光催化、电催化的基础。当前,固/气界面处气体离子的研究主要集中在气体分子在材料表面的自发吸附过程,及其对材料性能的影响和调控。然而,对气体离子的吸附过程缺少有效的调控手段。这主要是由于现有的气体电离设备成本高、体积大,难以与微纳米器件实现原位结合。2017年,王中林教授课题组利用摩擦纳米发电机输出电压高的特性,实现了对气体的定量化电离,并将其作为电离源成功地应用于气相质谱仪中。我们小组也在2018年报道了摩擦纳米发电机在空气气氛下的电离放电特性。基于以上研究背景,我们在本论文中利用摩擦纳米发电机产生的空气电离,提出了气体离子栅调控技术,演示了该方法在发展新型场效应调控器件和高性能紫外光检测器件中的应用。论文包括以下部分:第一章,简要地回顾了不同的栅介质场效应管:固态栅介质场效应管、摩擦电子学场效应晶体管、离子液体栅介质场效应管等方面的研究背景以及应用。重点介绍了气体离子在传感、催化领域的应用。同时,也重点介绍了摩擦纳米发电机电离空气产生气体离子方面的研究。通过背景介绍论述了目前研究中存在的问题,提出本论文的研究思路。第二章,我们提出了基于摩擦纳米发电机的气体离子栅调控方法,并研究了该方法对ZnO@Cd（OH）₂纳米线薄膜的场效应调控特性。演示了O₂^-气体离子栅对ZnO纳米线薄膜电学输运特性的调控特性,得到了场效应调控的特征曲线。研究了气体离子的数量和纳米线表面活性吸附位置对气体离子栅调控特性的影响。探索了对气体离子栅进行“擦除”操作的方法。最后,提出了气体离子栅极调控ZnO纳米线薄膜电学输运性质的微观机制,并比较了三种栅极场效应管调控机制的异同。第三章,我们将气体离子栅调控技术应用在紫外光检测器中,发展了高灵敏、快速紫外光检测器。发现气体离子栅提高了原始器件的开关比和回复速度,其开关比从原始的10⁴提高至10⁷,回复时间常数从原始的307 s缩短至0.32 s,分别提高了1000倍左右。同时,我们演示了恒定紫外光照射下气体离子栅的调控特性,研究了气体离子O₂^-在ZnO纳米线表面吸附时对表面氧吸附平衡和光生电子-空穴复合平衡的影响。