在过去的几十年里,由于现代化和全球工业化的不断推进,环境污染加剧,气体传感及其相关技术已成为当前热门的研究方向之一,特别是在环境、生物医学和工业应用科学中,主要目的是在特殊的受控环境中找到分析物气体的最小存在或发现监测环境中污染物气体的存在。因此,对高灵敏度、低成本、非侵入性和实时气体传感器的开发具有十分重要的意义。相较于传统的气体传感技术,微波检测手段是基于气体与传播结构结合的敏感材料相互作用下产生的介电响应,通过多种微波检测量反映不同气体浓度和种类,具有无损、低成本、非接触式等优势。尽管微波气体传感方面取得了许多进展,然而现有的微波传感器存在因谐振结构品质因数较低而导致气体传感器的分辨率较低、忽视敏感材料的协同而影响传感器灵敏度的提升等问题,开发灵敏且强大的微波传感器以检测低浓度气体的研究仍在进行中。在本研究中,提出了基于新型二维材料的高品质因数微波气体传感器用于气体检测。基于双面PCB加工工艺,设计出了插入损耗达到-60 d B,品质因数达到1350的缝隙谐振结构,该微波传感器的传播结构包含正面的传输线以及背面的带有裂隙的环形,当微带传输线被电磁信号馈入时,它会因共振而激发超材料结构。分别制备出了新型二维材料MXene和传统气敏材料氧化锌纳米材料,探索了气敏材料的物理参数、表面形貌、形状结构、金属掺杂及异质结构等参数对微波气体检测性能的影响,通过两种材料的复合增强气体吸附来提升传感性能。并通过构建气体传感器的模型,通过对气敏材料的覆盖面积、厚度、介电特性等进行仿真,探究敏感材料层参数对于谐振结果的影响,为气敏材料与谐振单元的合理结合提供仿真支撑,开展了气敏材料合成及微波谐振性能双向调控的研究。本文设计的微波气体传感器在搭建的传感平台上对丙酮完成了气体测试,在10-500 ppm的浓度范围内达到了0.19 md B/ppm的灵敏度。综上所述,本文针对目前气体传感手段存在的突出问题,从微波检测的角度提出基于新型二维材料和微波谐振单元的协同优化方案,从传感单元设计、敏感材料设计和传感器建模等方面展开研究,为高灵敏度、低成本和非接触式的气体检测提供了参考方案。