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金属氧化物,如氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2),是较早发现的半导体气敏材料,在气敏传感器方面得到了广泛的应用,但由多晶颗粒构成的薄膜型气敏元件普遍存在灵敏度低、工作温度高等缺点。一、二维氧化锌、氧化锡纳米材料具有较大的比表面积,显示出优良的气敏性能,并且能克服颗粒在高温下容易团聚的缺点,通过对这些纳米材料进行掺杂改性或构筑异质结,可进一步改善和提高其气敏性能。本文以氧化锌、二氧化锡纳米结构材料,如纳米片和纳米线为研究对象,通过原位生长技术在三氧化铝曲面陶瓷管衬底和平面沉底上直接构筑气敏器件,并探索在气敏传感器工作介质表面引入PN结耗尽层、Schottky结耗尽层等策略,来提高器件性能,主要研究结果如下：1.通过籽晶层辅助生长技术,分别在曲面陶瓷管衬底和平面沉底上直接生长了氧化锌纳米片、氧化锡纳米片和氧化锌纳米线,为直接构筑气敏传感器器件提供了工作介质。通过预先制备籽晶层,利用水热法在A1203陶瓷管衬底和平面衬底上直接生长制备ZnO、Sn02纳米片以及ZnO纳米线,并探究了其最优生长条件,为高性能气敏传感器的制备提供了材料基础。2.提出并证明了通过在气敏传感器工作介质表面引入PN异质结耗尽层改善气敏性能策略。通过制备NiO/ZnO异质PN结纳米片,并测试其气敏性能,发现NiO/ZnO异质PN结传感器对100 ppm TEA其灵敏度可达到185,是纯相ZnO纳米片的2.4倍。利用NiO/SnO2异质结气敏元件进一步验证了PN异质结耗尽层改善气体敏感性能的机理。3.利用金属与半导体接触形成肖特基结耗尽层原理以及贵金属的催化作用,提高了气敏器件性能。利用Au颗粒修饰Sn02纳米片发现,180℃时,Au/SnO2纳米片的响应恢复时间明显降低,对5ppm TEA气的灵敏度高达400,约是Sn02纳米片的10倍(320℃)。4.综合利用同型异质结原理和肖特基接触二元协同作用,设计制备了Au/SnO2/ZnO复合纳米线,实现了低功耗、快响应的氧化锌纳米线气敏元件。该元件对TEA气体具有较低的工作温度(约为40℃),极快的响应时间(约为1.2 s),且对50ppm TEA的灵敏度高达12.4,约是纯相ZnO纳米线的5倍。