半导体金属氧化物（SMO）气体传感器具有广泛的应用前景,而旋转滞止面火焰合成法（FSRS）是SMO传感器的一种有效制备方法,但工艺尚未成熟。论文通过实验和模拟方法研究FSRS制备条件对传感器合成过程和性能的影响作用,以及传感器的气敏感应特性和机制。论文主要内容和结论如下:量化运动滞止面对火焰合成中颗粒沉积过程的影响。通过三维CFD模拟了不同转速和出口流速下滞止面附近的速度场和温度场分布,分析了滞止面运动线速度vsurf和火焰总包拉伸率κ对沉积时间、沉积温度和沉积氧浓度等颗粒沉积参数的影响规律。确立了使用滞止面运动特征时间和火焰拉伸特征时间的比值定义参数Ka,用来衡量运动滞止面对纳米颗粒沉积过程的影响程度,当Ka>1时,沉积参数相对偏差在10%以内。为提高模拟效率,开发了使用整数反应级数的贫燃侧乙烯总包反应机理,用于火焰合成模拟的准确性经骨架机理校验。掌握了FSRS工艺及其关键参数对纳米TiO₂传感器性能的影响规律,改进了传感器制备工艺和气敏特性测试方法。论文搭建FSRS合成系统和传感器气敏感应测试系统,通过大量实验掌握了包括基板设计、颗粒合成、薄膜沉积、薄膜致密化和烧结处理的传感器制备全过程工艺和关键参数。确立纳米颗粒和薄膜特性的表征方法,获得了纳米TiO₂粒径与前驱物浓度的关系,以及薄膜厚度增长规律。研究表明,不同前驱物浓度下氧传感器的最佳沉积时间均为10min;优化工艺后制备的传感器在大温度范围内氧气感应性能良好、稳定,最佳工作温度为250℃;CO感应性能良好,检测下限可达5ppm,最佳工作温度为280℃。通过分析传感器电阻及O₂在TiO₂表面相互作用能量Ea随温度变化关系,发现了不同温度段纳米TiO₂传感器存在不同的氧感应机制。研究表明:在200℃以下O₂在TiO₂颗粒表面发生脱附的能量Ea从12 kcal/mol左右降为4 kcal/mol左右,感应机制从化学吸附转变为物理吸附,而非传统理论上认为的化学吸附。研究还发现沉积时间对传感器氧感应性能的影响机制与沉积颗粒层数相关。使用分子动力学方法模拟了锐钛矿型TiO₂单颗粒升温和两颗粒烧结过程,开发了表面原子识别模型和烧结颈原子识别模型,对原子特性进行了分类分析。结果显示,系统能量弛豫速度明显快于结构弛豫速度,表面原子位移大于内部原子,且O原子比Ti原子活跃;烧结过程中,烧结颈原子位移最大,烧结颈外侧原子运动是烧结颈生长的主要机制。