过渡金属氧化物因为具有多种价态和电子组态,使其拥有丰富、优异的物理和化学性能,而拥有纳米结构的过渡金属氧化物纳米材料更是具有许多材料都不具备的独特性能。因此,过渡金属氧化物纳米材料在电子器件、催化、传感器、磁存储、能源存储等众多领域都有极为广泛的应用前景,同时在全球范围内也引起了不少专家学者地密切关注。然而,由于纳米粒子之间会受到化学键力、氢键作用力、毛细管作用力以及分子间作用力的影响,极其容易发生团聚现象。因此,想要获得单分散的过渡金属氧化物纳米颗粒,并使纳米颗粒在基体中均匀地分散开来,这是目前来说非常棘手却又不得不必须面对的难题。最近,笔者通过研究发现将过渡金属氧化物纳米粒子镶嵌在固态基质中,可以很好地避免纳米颗粒出现团聚现象。不仅如此,我们还发现这种嵌入式的纳米颗粒在其生长过程中会受到周围基质材料对其施加的应变作用。这种应变作用不仅会对基质中的过渡金属氧化物纳米颗粒的微观结构以及物理化学性能造成一定的影响,还会使材料的磁学性能发生较大地改变。尽管多年来具有纳米结构的过渡金属氧化物材料被大量地研究,但是这种复合型纳米材料的磁学性能与材料本身的元素构成、形貌结构以及尺寸大小等许多方面息息相关,特别是应变作用对其造成的影响尤为重要,所以对材料进行磁学性能上的可控调制依旧拥有极为重要的意义。另一方面,过渡金属氧化物还是一种重要的气敏材料。这种材料因为拥有非常突出的电学性能而受到广泛关注。然而,大多数有关过渡金属氧化物纳米材料的研究都是针对机械混合复合材料或者是材料的非均匀结构。因此,想要获得同时包含气体扩散、气体反应和信号转换等这些功能的复合材料是目前气敏领域的一大难点。笔者通过研究发现将ZnO纳米棒和Co₃O₄纳米微球这两种过渡金属氧化物纳米材料制备成刺猬状的复合纳米材料表现出优异的气敏性能,具有极高的响应性以及对乙醇的高选择性等特点。笔者利用脉冲激光沉积方法和快速热退火技术,分别制备了埋嵌在Al₂O₃基质中的Fe₃O₄纳米颗粒、Fe₂O₃纳米颗粒以及BiFeO₃纳米颗粒。利用外延生长法制备了固定在Co₃O₄纳米微球表面生长的ZnO纳米棒,即ZnO/Co₃O₄复合纳米材料。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、拉曼光谱、光致发光等仪器设备和技术手段对这些样品进行表征。利用综合物性测量系统对这些嵌入在Al₂O₃基质中的过渡金属氧化物纳米颗粒的磁学性能进行了检测。利用气敏测试仪器对ZnO/Co₃O₄复合纳米材料的气敏性能进行了综合检测。最后对所有实验数据进行总结和分析。笔者通过分析实验条件对应变作用的影响,逐步揭示了应变作用产生的科学机理。与此同时,我们通过探索应变对复合过渡金属氧化物纳米颗粒的尺寸大小、晶格结构、表面效应以及能带的调控作用,进一步研究应变调制磁性以及光照调制磁性的作用机理。另一方面,通过对复合过渡金属氧化物纳米材料的气敏性能研究,探索了纳米材料的形貌结构对气敏性能的影响。上述这些研究工作为实现材料的功能调制提供了一条崭新的思路,同时也为我们对复合过渡金属氧化物纳米材料的物理与化学性质进行探究提供了非常重要的指导作用。