改革开放以来,随着我国工业化、城市化的进程不断推进,经济蓬勃发展的同时不可避免的遇到了环境污染问题,其中气体污染首当其冲。污染气体NQ2因其来源的多元以及对环境的巨大危害性而备受人们关注。半导体材料ZnO因其具有高的比表面积、对NO2灵敏的响应以及较低的制备成本已经被应用到对NO2气体的监测中去。目前使用ZnO作为气体传感器敏感材料来监测NO2的技术已经比较成熟,市面上也有一些此类商业化产品,但是它们基本有一个共同点:ZnO的工作温度都较高(约200-400℃),受此桎梏,这类传感器大多内置微加热器。另一方面,随着人们保健意识的不断提高,为了构建具有个性化诊断和环境监测功能的柔性智能传感器网络,对气体传感器又有了更高的性能要求:柔性可穿戴。针对以上需求,本课题以能在室温下工作的(～25℃)柔性ZnO基气体传感器为目标开展研究,主要工作包括:一、根据气体传感器柔性化的需求选择具有耐高温、高绝缘性和柔韧性好的材料——聚酰亚胺作为制备ZnO的基底材料。采用飞秒激光直写技术在聚酰亚胺薄膜上制备图案化的碳电极,以此作为连接气敏元件的导电材料;接着在图案化的碳电极上采用基于激光的局部热液合成法制备碳掺杂ZnO(C/ZnO)纳米复合结构。一般柔性气体传感器的制备工艺需要在硅基衬底上制备传感材料,再将其转移到柔性基底,而本课题发展的激光直写工艺和激光局部热液合成法不需复杂的图案化和衬底转移步骤,直接在柔性衬底上实现传感器的制备。二、根据传感器的气敏测试需求,搭建了由真空腔体、真空泵、电子显微镜、气体配比器等设备组成的气体传感器检测系统。使用该检测系统对激光制备C/ZnO纳米复合结构进行对NO2的气敏性能检测。NO2气体浓度范围为50-1000 ppm(百万分之一),实验过程在室温(～25℃)下进行。结果表明该传感器能够对50-1000 ppm变化的NO2气体作出有效的响应。其中传感器在检测1000 ppm NO2时获得了最佳检测效果,此时传感器灵敏度为0.71%,响应时间和恢复时间分别为210s和350s。在之后稳定性实验中(30天)传感器也展现了性能的平稳。即使弯曲和拉伸柔性基底使其曲率半径在22.34-4.16mm范围变化时,传感器对NO2依旧有较好的检测能力,证明该柔性气体传感器在机械形变下可以保持良好的稳定性,可以使得身处工业炉窖、实验室以及电焊等高浓度NO2环境下工作的人对工作环境进行监测。与传统ZnO基气体传感器不同,本文研究的传感器在对NO2气敏测试中呈现出p型半导体特性。本文讨论了 n-p转变的可能机制,结果表明掺杂C或者较低工作温度下可能导致ZnO的p型半导体行为。三、基于前文中制备的气敏元件设计了一款基于Arduino Mega2560单片机的实时检测气敏元件电阻值变化的气体传感器采集模块。先根据恒压法原理,经过计算与验证,设计了基于惠斯通电桥和运算放大器的阻值采集和调理电路。然后选用合适的面包板、导线、电阻器和LED屏成功的制备了能够实时检测NO2并且屏幕显示数值的气体传感器动态检测系统。