气体传感器广泛地应用于人类的生产生活中,如化工生产中的过程控制、大气中气体的监测、物联网建设、临床医疗检测及诊断、环保救灾领域。对于气体传感器而言,其最核心的部件是敏感材料以及对应的转换装置,其中,敏感材料是决定此类气体传感器性质的关键部分,常用的敏感材料包括碳材料（r GO、SWCNTs、CNTs等）、金属氧化物陶瓷材料（ZnO、In2O3、Sn O2、Fe2O3、WO3、Ni O等）、二维材料（Mo S2、Mxene、g-C3N4等）。金属氧化物陶瓷材料作为研究历史最早的材料之一,具有合成工艺简单、稳定性高,响应与恢复时间较长,工作温度高以及灵敏度较低等特点。本文的主要工作是:我们以ZnO陶瓷材料为研究对象,通过设计多级结构及构建异质结结构两种方式,提高ZnO陶瓷材料的灵敏度,降低其最佳工作温度。本文研究内容如下:1.具有多级结构特征的CeO2/ZnO珊瑚球的制备。首先,通过恒温水热反应,合成出了具有多级结构特征的ZnO珊瑚球与CeO2/ZnO珊瑚球;通过X射线衍射光谱、扫描电镜、元素分析、X射线光电子能谱以及ICP等表征手段研究其晶体结构、表面元素组成以及化学态;在相对湿度为20%条件下,在气体测试系统上测试了ZnO珊瑚球和CeO2/ZnO珊瑚球对丙酮的气敏响应性能。结果表明,ZnO珊瑚球的最佳工作温度为300oC,灵敏度为18,而CeO2/ZnO珊瑚球的最佳工作温度为245oC,灵敏度远大于ZnO珊瑚球的灵敏度,特别值得一提的是,通过优化Ce的含量,CeO2/ZnO珊瑚球的气敏性能最佳灵敏度达到143。相较于ZnO珊瑚球,CeO2/ZnO珊瑚球的灵敏度不仅增强了8倍,而且最佳工作温度降低了55oC。CeO2/ZnO珊瑚气敏性能的提升是CeO2与ZnO之间异质结的形成增强了CeO2/ZnO珊瑚表面的电子浓度,增大了CeO2/ZnO珊瑚球表面对氧的吸附量,使其能够与更多的丙酮分子反应。此外,在CeO2/ZnO珊瑚球中,优化Ce的含量,可以优化CeO2/ZnO珊瑚球表面氧空位比率,氧空位比率最大时,气敏性能达到了最佳。此外,同等湿度条件下,相较于其它基于CeO2/ZnO材料的丙酮气体传感器,我们合成的CeO2/ZnO珊瑚球的综合性能更佳,可应用于检测丙酮气体。2.CeO2/ZnO-hf多级薄膜材料的设计。此项工作中,首先,以FTO导电玻璃为基底,水热合成了ZnO-hf-3与CeO2/ZnO-hf-3多级薄膜材料,然后,通过XRD、XPS和SEM等表征手段,对ZnO-hf-3与CeO2/ZnO-hf-3多级薄膜材料的结构、形貌以及表面元素化学态做了研究;最终,我们以100 ppm正丁醇气体为靶气体,在相对湿度为20%、40%、60%条件下,研究了ZnO-hf-3与CeO2/ZnO-hf-3多级薄膜材料的气敏特性。结果表明,ZnO-hf-3与CeO2/ZnO-hf-3多级薄膜材料在不同的环境湿度下,都可以对正丁醇气体实现有效地检测。在相对湿度为20%条件下,CeO2/ZnO-hf-3多级薄膜材料对100 ppm的正丁醇的灵敏度达到378。