氧离子固体电解质因其优良的电学性能已被广泛的应用在固体氧化物燃料电池、氧传感器等能量储存与转换器件中。相比于传统的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）电解质,氧化铈基陶瓷材料具有更高的电导率,成为目前最具潜力的氧离子电解质,并有望拓展器件在中低温区（300～600℃）的应用。本文以氧化铈基纳米材料为基础,制备一维纳米纤维和二维薄膜电解质,从增加氧空位浓度与优化空位迁移过程两方面出发,提高氧化铈基电解质的电学性能。此外,基于氧化铈基纳米纤维制备出中低温下使用的微型氧传感器。主要内容如下:采用静电纺丝与磁控溅射相结合的方法,制备YSZ纳米纤维复合Ce0.8Sm0.1Nd0.1O1.9（SNDC）薄膜电解质,并以YSZ纳米纤维作为应力诱导剂,调控SNDC薄膜的电导率。结果显示,纳米纤维使复合薄膜电解质表面形成连续凸起的结构,这种特殊结构诱导薄膜水平方向产生拉应力,有利于离子的迁移。600℃时复合电解质的电导率可达0.026 S?cm-1,是SNDC薄膜的两倍以上。采用静电纺丝法制备Ce0.8Gd0.2O1.9（CGO）纳米纤维,通过控制煅烧温度得到不同晶粒尺寸的CGO纳米纤维。研究发现,晶粒尺寸越小,纳米纤维表面氧空位越多,电导率越大。采用静电纺丝法制备CGO/Al2O3（AO）复合纳米纤维电解质。研究发现,AO以非晶的形式存在于复合纳米纤维中。随着AO复合量的增加,CGO晶粒尺寸从10.8 nm减小到4.2 nm,氧空位浓度增多,电导率先升高后降低,这是氧空位与非晶AO综合作用的结果。此外,AO的加入可以减缓CGO晶粒高温下的长大,相比于CGO纳米纤维,CGO/AO复合纳米纤维退火后的晶粒尺寸更小,氧空位更多,高温稳定性更好。利用静电纺丝与旋涂相结合的方法合成CGO纳米纤维复合YSZ薄膜电解质,并基于这种复合电解质,设计、组装了一种微型氧传感器。研究发现,与YSZ、CGO块体氧传感器相比,CGO/YSZ纳米复合氧传感器电导率更高,工作温度可降低350℃。