随着集成电路制造技术和微纳米加工技术的进步，电子器件的体积和功耗在不断降低，无线传感网络、嵌入式系统等领域加速向智能化和微型化方向发展，而其中涉及的微器件和微系统在进行工作时往往需要体积小、功率高、长寿命和性能可靠的微能源。由于结构和工作原理的限制，目前使用的常规电源无法满足MEMS器件对能源的需求。而基于β辐射伏特效应的同位素电池被认为是制造微电池最理想的微能源之一。但目前的同位素电池的工程应用瓶颈主要是能量转换效率太低。因此，如何提高同位素电池的能量转换效率是目前研究的当务之急。　　本文从基于β辐射伏特效应的直接转换式同位素电池的理论入手，选取了具有高度有序的取向结构和大比表面积的一维宽禁带半导体材料二氧化钛(TiO2)纳米管和氧化锌(ZnO)纳米线作为能量转换材料，采用63Ni为β放射源，通过金属-半导体接触形成的肖特基结来进行电子空穴对的分离，优化设计了基于纳米结构的宽禁带半导体同位素电池。研究内容涉及辐射源63Ni的表面发射率的标定，TiO2纳米管和ZnO纳米线的生长及表征，具有不同功函数金属基底的制备，TiO2纳米管直径和长度对能量转换效率影响，不同功函数的基底对氧化锌同位素电池能量转换效率的影响，和同位素电池的封装和性能测试与分析。对于TiO2纳米管同位素电池，使用总活度为10mCi的63Ni放射源时，电池开路电压为1.54V，短路电流为12.43nA，最大有效转换效率为7.3％;对于ZnO纳米线同位素电池，使用相同的辐射源，开路电压为2.74V，短路电流为18.36nA，最大有效转换效率为27.92％。　　本研究表明，TiO2纳米管和ZnO纳米线作为n型半导体材料，由于具有禁带宽度高，比表面积大，一维纳米结构定向有序等优点，可有效提高同位素电池的开路电压和辐射能吸收效率，从而提高能量转换效率。因此，基于一维纳米结构的宽禁带半导体同位素电池为解决微器件和微系统领域的能源问题提供了一种可行有效的方案。