随着5G时代的到来,万物互联已成为可能,传感器作为获取信息的媒介,可以迅速捕获所需求的信息。人们对生活环境的要求逐步提高,使得对生存气体环境的检测及监测变得十分重要。气体传感器在化工污染、公共安全、室内毒害气体检测、疾病诊断和农业环境监测中具有广泛的应用。基于半导体氧化物的气体传感器因其成本低廉、工艺简单和便携性好等优点备受行业关注。石墨烯电学性质优异,采用还原氧化石墨烯（r GO）修饰半导体氧化物后能降低气体传感器的工作温度、提升其灵敏度,大幅优化器件的性能。本论文合成了两种典型的气敏材料Fe2O3和WO3,并通过r GO的修饰来优化传感器的性能,实现了两种高性能、低功耗的丙酮和H2S传感器的制备,并探讨石墨烯修饰界面对气体传感器增感的本质原因。实验内容如下:1.通过一步水热法制备了还原氧化石墨烯（r GO）复合的Fe2O3纳米粒子敏感材料。采用XRD、SEM、TEM、Raman、XPS、BET等表征手段对材料的微观形貌和化学成分等进行分析。制作了半导体气体传感器,通过气敏特性测试,发现0.25 wt%r GO-Fe2O3气体传感器对丙酮气体的灵敏度最高,在200°C对100ppm丙酮响应值为11,比Fe2O3气体传感器的工作温度有所降低,且响应时间仅为5 s。我们将器件灵敏度的提升归因于,Fe2O3气体传感器对丙酮本身具有良好的特性,r GO修饰后为丙酮分子的吸附提供了更多的缺陷和活性位点,同时P型r GO和N型Fe2O3形成的异质界面使耗尽层扩大、界面势垒增高,该电阻调制效应进一步提升了器件的气敏性能。2.通过分步反应可控制备了r GO修饰片状WO3材料。首先利用先水热后酸化合成了片状WO3,然后与氧化石墨烯充分混合并用水合肼还原。对其微观形貌和化学构成进行了分析,片状WO3结构能够与石墨烯形成大面积的面对面异质界面,使材料氧空位浓度大幅度提升。气敏性质测试结果显示,石墨烯修饰后改善了WO3传感器的最佳工作温度和灵敏度。其中,2 wt%r GO-WO3气体传感器在175°C对10 ppm H2S气体的响应可以达到11.03,是Fe2O3气体传感器的3.75倍,且响应时间仅有3 s,检测下限从2 ppm降低至500 ppb,具有较好的重复性。我们将复合物对H2S气敏性能的提升归因于石墨烯修饰引入大量氧空位的化学增感及石墨烯与WO3之间形成的异质界面带来的电子增感的共同作用。通过以上两种气体传感器的性能对比,考虑到石墨烯本身对丙酮和H2S几乎没有响应,其增感性能完全来自修饰界面。石墨烯修饰异质界面处增加了大量的界面活性位点,也带来了更宽的电子耗尽层和更高的界面势垒。因此,石墨烯界面增感作用在本质上是化学和电子两种敏化机理协同作用的结果。而且石墨烯界面增感效果与界面活性位点占比直接相关。通过合理设计r GO-SMOs敏感材料来构建大面积异质结构,充分利用界面增感作用,有望开发出性能更加优异的气体传感器。