近年来随着纳米制备技术的蓬勃发展,高分子材料、硅、硅化合物以及其他无机材料制备的人工合成的纳米孔道已经可以和纳米颗粒、纳米小球的尺寸相比较,并且由于其结构稳定、可重复利用性强、对环境的容忍性好等特点,开始逐步代替原始的生物体中的纳米通道研究。其中的纳米单通道在仿生学、化学和生物单分子检测、纳米尺度下的离子传导行为以及高性能纳米流体器件设计等研究方面显现出了巨大的发展前景,已逐渐成为科研工作者研究的重点、热点领域。本论文主要研究高分子材料单纳米核孔在不同环境中的离子传导特性及其在单分子检测方面的应用。笔者在熟练掌握径迹刻蚀技术和深入理解非对称纳米孔在电解质溶液中的离子输运行为基础上,围绕影响纳米孔内离子分布的本质因素-表面电荷,开展了以下几个方面的工作：(1)单锥形纳米孔的制备和离子传导特性研究。用荷能重离子径迹刻蚀的方法在高分子多聚物膜(PET、Kapton)上制备出单锥形纳米孔。刻蚀过程通过监测跨膜电流来控制,最大刻蚀电流Imax不同,得到的锥形孔小孔端孔径也不同。研究单锥形纳米孔在KCl溶液中的I-V曲线发现,单锥形纳米孔的离子传导呈现出不对称特性,该现象称为整流效应,整流系数丫大小随纳米孔小孔端孔径大小和电解质溶液浓度不同而变化。(2)压力对单锥形纳米孔整流系数的影响。研究了压力下单锥形纳米孔的离子传导特性,研究发现,压力对纳米核孔整流效应的影响与纳米孔小口端孔径有关,小口端孔径比较大时,整流系数随着外加压力的增大而降低；小口端孔径较小时,压力对整流效应影响较小,基本可忽略不计；且从小口端施加压力比在大口端施加压力对核孔膜整流系数影响较大。(3)热ALD方法对高分子材料径迹刻蚀纳米孔的修饰研究。用热ALD方法对单锥形纳米孔进行HfO2修饰,其离子传导特性研究结果表明,修饰后纳米孔在电解质溶液中的电流电压特性得到了很好地保持,并且纳米孔稳定性得到提高；纳米孔孔径可以通过调整修饰周期来控制,制备出的纳米孔孔径可精确调控,为纳米孔离子传导特性研究提供了孔径可调且性质稳定的单锥型纳米孔。(4) Ag/Cu双极金属纳米线的制备。利用电化学沉积的方法在多聚物模板上制备出直径均匀、长度一致的Ag/Cu双极金属纳米线。初步结果表明,径迹刻蚀模板法制备出的纳米孔孔径均一,且连续可控,所以制备出的纳米线孔径可精确调控、均一性良好,且可以调控孔型(例如锥形),从而可以制备出更多特殊形状的纳米线；多聚物的模板非常易于用有机溶剂溶解将这些纳米线释放到溶液中去,而有机溶剂不会与纳米线相互反应从而对纳米线造成损伤。这些特性使得这种方法非常适合用来制备双极纳米线,方法简单且价格低廉,为微观尺度物质的运输和传导的研究提供了简单、方便、经济、可靠的研究工具。(5)电渗流驱动下聚苯乙烯小球穿孔研究。用Coutle检测法研究了聚苯乙烯小球穿越单纳米孔时穿孔电流的变化情况,穿孔电流的特征即反应了待测分子的性质。实验研究发现,聚苯乙烯小球穿越纳米孔时,由于体积占据作用,小球穿越纳米孔时会造成纳米孔内电流的下降；同时,由于纳米孔道内的电渗效应孔内电流会增大,纳米孔内总的穿孔电流是这两种因素共同作用的结果。低电压下,小球穿孔电流增大,高电压下小球穿孔电流减小。以上研究工作中,以径迹刻蚀法在高分子多聚物薄膜上制备出纳米孔,并研究了单锥形纳米核孔在电解质溶液中的导电特性,以及纳米颗粒通过／阻塞通道而引起的电流变化规律,系统研究了纳米尺度通道内离子迁移机制以及纳米孔表面性质对其影响,为微观尺度物质的运输和传导研究提供了一定的理论依据；并用电化学沉积技术在径迹刻蚀高分子模板上制备出了双极金属纳米线,为微观尺度物质的运输和传导的研究提供了简单、方便、经济、可靠的研究工具。