在社会科技的不断进步、人们生活质量不断提高的今天,人们对自身健康和生存环境的要求也日益增高,尤其是对大气中的污染气体和室内装潢时有害气体的检测也更加迫切。传感器作为信息获取的器件或系统,已经成为现代科技的一大产业,而敏感材料作为气体传感器的核心基础,是现代社会发展和推动气体传感器的一个重要部分。金属氧化物半导体气体传感器具有结构简单、价格低廉、灵敏度高、响应迅速等优点,经过长期的研究发展,其被广泛应用于环境、食品、家装等各行各业;而纳米科技的发展为金属氧化物半导体材料微观结构的设计和研究注入了新的能量,因此,利用纳米技术制备气体传感器的敏感材料是开发高性能传感器的一个重要途径。本论文主要从提高金属氧化物半导体敏感材料的检测性能入手,围绕气体传感器在检测气体中存在的问题,通过对材料的形貌结构、掺杂改性和元素组分进行设计调控,开发绿色、高效的合成策略来制备微纳米结构的敏感材料来改进传感器的灵敏度、响应回复、选择性和稳定性等性能指标。在设计和开发高性能敏感材料的同时,研究了敏感材料的微纳米结构与气敏性能之间的关系,深入探讨了材料相体系组分与气敏性能之间的变化规律,为半导体氧化物气体传感器性能的提高和金属氧化物半导体气敏机理的研究提供了大量的实验依据。主要内容如下:(1)以提高气体传感器灵敏度为目的,采用一种简单、高效、环保的制备技术,即结合溶剂蒸发和分子间作用力的原理来指引纳米晶自组装获得一种介孔结构的Sn O2。解决了无规则纳米粒子由于范德华力作用团聚的问题,增大了比表面积,分析对比了有介孔和无介孔的敏感材料Sn O2对高毒性NO的敏感性能。通过对比得出统一的介孔结构不仅可以促使材料吸附更多的气体,还可以提高气体扩散速率以增强其灵敏度。(2)利用水热合成技术制备出Ni O掺杂进入Sn O2多孔空心球,预先合成一种长链镍合氨三乙酸聚合物(—Ni NTA—)n,将其加入锡酸钠溶液中,NTA溶解于锡酸钠溶液,通过水热反应和煅烧处理,进而将Ni O植入Sn O2中。一方面利用疏松壳层和中空结构对待测气体分子传输的作用,增加了待测气体分子在敏感体表面的吸附量;另一方面利用Ni O促进电子的迁移,从而增强敏感特性,并建立了气敏机理的模型。(3)通过一个简单的双水解反应,将得到的白色沉淀直接进行水热处理得到由三维面心立方结构向二维斜方结构转化的三元金属氧化物Zn Sn O3纳米片。该结构的传感器显示了较高的灵敏度以及超快的响应回复,对酒精和丙酮气体的响应时间小于1 s,这归结于元件纳米片的厚度(在10-15 nm范围内)约为德拜长度的2倍,并联合灵敏度公式以及德拜长度解释了此片状结构在传感器响应中的优势。基于实验结果从理论上分析和解释影响气敏性能的内在原因以及此传感器所表现出的超高气敏特性的原因。传感器对酒精和丙酮的灵敏度相差不大,但对丙酮的响应回复更快,这和二者分别与吸附氧发生的化学反应有关。(4)利用水热合成技术将二维Ni Co2O4纳米片原位生长于还原性的石墨烯(RGO)片上,研究RGO的引入对锂电性能的提高,并将复合材料制成气敏元件对还原性气体进行测试,敏感材料显示p型响应。在280 o C的最适温度下,复合物元件对500 ppm酒精气体的灵敏度为4.47,约是单独的Ni Co2O4元件在此温度下灵敏度的4倍。Ni Co2O4元件的响应和回复时间分别为21 s和32 s;而引入RGO后元件的响应回复时间分别缩短为9 s和12 s。尽管气敏性能不算很好,但是RGO的加入却能使材料对酒精气体的响应回复得到明显得改善。同时,通过性能对比分析了p型RGO在改善气敏性能方面的作用,为发展新型敏感材料以及拓展气体传感器的应用范围提供一个新的方向。