随着我国现代社会经济的快速进步和发展,科技的飞速前进,人们对于生活和工作环境的安全要求也就越来越高,因此在气体检测方面,气体传感器技术也需要进一步提高。近年来,半导体金属氧化物气体传感器因为其优异的性能和多种潜在应用价值而成为研究的热点气体传感器,但是其对气体的灵敏度和选择性需要进一步提高。由于半导体金属氧化物气体传感器属于表面电阻控制型气敏元件,通过增大比表面积可有效提高其气敏性能。因此,本论文通过使用模板复制其形貌来制备了多种半导体金属氧化物(In2O3,SnO2,ZnO)气敏材料,并在此基础上利用不同金属离子掺杂改性,分别探究了其气敏性能,具体研究如下:(1)首先,以In(NO3)3·4.5H2O为原料,以酵母为生物模板,通过简便的方法合成了具有介孔结构(孔径24.5nm)和高比表面积(72.3 m2/g)的In2O3微球。所制备的In2O3微球的尺寸约为3±0.5 μm,晶粒尺寸约为10±0.5 nm,微球气敏性能显示,在350 ℃下In2O3微球传感器对300 ppm正丁醇的响应为36;其次,以SnCl4·5H2O为原料,以蚕丝为生物模板,采用水热法合成了 SnO2中空纤维,SnO2纤维具有较高的表面积(102.18 m2/g)和中空结构(孔径5.6 nm)。这些纤维由纳米级的SnO2颗粒组成,尺寸约为7±0.5 nm。SnO2纤维对正丁醇的响应速度快,选择性好且稳定性好,相比未使用模板合成的SnO2材料其对正丁醇的气敏性能显著增强。在200℃下对300 ppm正丁醇的气体响应高达435;最后,以Zn(NO3)·6H2O和In(NO3)3·4.5H2O为原料,以多巴胺为模板,采用水热法制备了ZnO/In2O3纳米微球。气敏结果表明,利用多巴胺模板制备的ZnO纳米微球对正丁醇的响应速度快,选择性好且稳定性好。在350℃下对300 ppm正丁醇气体响应为99.073。(2)在结构研究工作的基础之上,分别以酵母和蚕丝为生物模板材料,探究了 Cr掺杂对In2O3介孔材料气敏性能的影响以及Au改性对SnO2中空纤维气敏性能的影响。首先,对于以酵母为生物模板所制备的Cr掺杂In2O3介孔微球,其比表面积由72.3 m2/g增加到113.8 m2/g。在气敏性能方面,Cr掺杂可以明显地提高对丙酮气体的选择性。Cr掺杂的In2O3传感器在最佳操作温度350℃下时对300 ppm丙酮的响应为54,是未掺杂In2O3微球传感器响应的7倍;其次,对于以蚕丝为生物模板所制备的Au改性中空SnO2纤维,其比未掺杂SnO2纤维有更高的比表面积(168.66m2/g)和中孔结构(孔径约9.5nm)。气敏测试表明,Au改性的SnO2纤维对正丁醇的传感性能更强,响应速度更快,在340℃下对300ppm正丁醇的气体响应高达667,其响应/恢复时间仅为30 s/60 s。(3)以Zn(NO3)·6H2O为原料,利用不同的表面活性剂合成了不同形貌的ZnO材料。从其微观形貌看出,制备的ZnO形貌有多种类型(ZnO棒、ZnO片,ZnO纳米颗粒)。在气敏性能测试中,利用CTAB和PVA制备的ZnO材料对正丁醇有较好的选择性,前者在300℃下对300 ppm正丁醇的响应为45,后者在350℃下对300 ppm正丁醇的响应为36。