合成新型的纳米异质多级材料,开发简单、低廉、可批量化生产、与IC工艺兼容的硅基微型传感器制备工艺是气体传感器的研究重点。由于缺乏普遍通用的气敏机理模型做理论指导,目前气敏材料的甄选仍需要进行大量尝试性的实验。因此,如何制备纳米多级的异质复合材料、开发制备硅基微型传感器的工艺和确立完整的气敏机制模型是气体传感器中的重要课题。本论文的研究目的主要分为三个方面,一是基于结构调控和组分调控原理,利用水热合成、静电纺丝技术,借助掺杂、复合等改性手段开发高性能的异质多级材料;二是研究纳米多级复合材料在硅基衬底上的定域选择性生长工艺;三是建立本研究体系的气体吸-脱附机理模型,为进一步开发高性能的新型材料提供理论指导,同时对气敏特性测试中的实验现象进行验证。本文选取的气敏材料体系为SnO₂/ZnO,在研究气敏机理时可将其作为n型、n-n型半导体氧化物的代表。利用静电纺丝的方法在SnO₂纳米纤维上负载上不同浓度的贵金属Pd,气敏测试结果表明,当Pd负载浓度为1.5 mol%时,SnO₂纳米纤维对100 ppm丙酮的响应高达98.8,工作温度低至275℃。当Pd的负载浓度过低或过高时,气敏响应都会降低。利用水热合成法制备出分等级的花状ZnO气体传感器。在350℃工作温度下该花状ZnO传感器对甲苯表现出良好的选择性。利用静电纺丝法制备了 SnO₂/ZnO复合纳米纤维,研究了不同Zn盐含量对复合纤维形貌、结构及气敏特性的影响。结果表明,Sn、Zn摩尔比为1:1时Sn02/ZnO复合纳米纤维对甲醇的气敏响应最高,随着Zn盐含量的增加,S1Z2、SOZ1元件对甲醇的响应越来越弱。利用旋涂的方法制备硅基Zn₂SnO₄/SnO₂微型气体传感器,该元件在200℃下对200 ppm甲醛选择性好,检测浓度低至100ppb,响应、恢复时间分别为66s、27s。提出了分步加热纺丝法,在硅基衬底上直接制备出SnO₂/ZnO复合纳米纤维,制成硅基SnO₂/ZnO气体传感器,解决了纤维与硅衬底界面接触不牢固、机械稳定性差的问题。利用密度泛函理论研究了 SnO₂（110）面、缺氧型的SnO₂（110）面、Zn掺杂的缺氧型的SnO₂（110）面对解离O氧原子及还原性气体CH₃OH分子的吸附特性。Zn的掺杂促进了 SnO₂（110）表面桥位氧02c空位的形成,提高了其吸附氧的能力。CH₃OH吸附时,与预吸附的空位氧、晶格表面桥位氧O₂c、平面氧O3c相互作用,CH₃OH分子中-CH₃和-OH同时各失去一个H原子,与吸附活性位点的氧成键,形成HCHO和H₂O,电子从CH₃OH转移到半导体表面,降低了半导体气敏材料的电阻。