丙酮作为一种常见的有机溶剂和重要原料,被广泛地应用在工业生产领域。然而其易燃、易爆且具有刺激性,这使得实时检测和监测丙酮泄露,保障生命和生产安全至关重要。另外,丙酮作为糖尿病的呼气标志物,有效检测其含量对于糖尿病的无痛诊断具有重要意义。因此,开发和制作高性能的丙酮传感器势在必行。基于氧化物半导体的气体传感器具有结构简单、价格低廉、性能可调等优势,成为目前检测丙酮气体的首选。本论文以α-Fe₂O₃和ZnO气敏材料为主要研究对象,以提高敏感材料的识别功能、转换功能和利用效率为出发点,通过对基体材料进行结构优化及表界面修饰,成功构筑了金属-氧化物半导体（金-半）、n-n型及n-p型氧化物半导体-氧化物半导体（半-半）异质结构,改善了α-Fe₂O₃和ZnO基气体传感器对丙酮气体的气敏特性,并揭示了纳米多级复合材料的增感机理。具体研究内容如下:（1）利用简单的溶剂热反应,成功制备了由0维纳米颗粒组装的α-Fe₂O₃多孔微米花分等级结构。气敏测试结果表明,基于α-Fe₂O₃分等级结构的气敏元件在210°C下,对100 ppm丙酮气体的响应值为14.5,是相同尺寸α-Fe₂O₃纳米颗粒的2倍;同时其响应和恢复时间分别为1 s和39 s,优于纳米颗粒的7 s和172 s,表现出了较好的响应-恢复特性。α-Fe₂O₃多孔花独特的分等级结构提高了材料自身的识别功能和敏感体的利用率,实现其结构增感。（2）利用Pt纳米颗粒对α-Fe₂O₃多孔球进行修饰改性,研究了金-半异质结构对氧化物半导体气体传感特性的影响。首先,通过简单的水浴法制备了平均直径约为300 nm的α-Fe₂O₃多孔纳米球,随后,利用化学浸渍法在α-Fe₂O₃多孔球的表面上均匀负载了粒径约为5 nm的Pt纳米颗粒,得到了Pt/α-Fe₂O₃金-半异质结构多孔球。气敏测试结果表明,纯相α-Fe₂O₃在250°C下,对100 ppm丙酮气体的响应值为10.4。经过适量的Pt修饰后,传感器的最佳工作温度下降到220°C,同时,灵敏度上升至27.2,达到了纯相α-Fe₂O₃响应值的2.6倍。Pt/α-Fe₂O₃出色的气敏特性不仅归功于其通透多孔的形貌特点,贵金属Pt优异的电子/化学敏化机制也被认为是气敏特性得以提升的关键。（3）利用异种氧化物半导体取代较为稀缺的贵金属,通过构筑n-n型半-半异质结构来实现传感器性能的提升,同时降低其生产成本。在ZnO花状的分等级结构基础上,使用硝酸铁溶液离心清洗上述样品,成功制备了ZnFe₂O₄/ZnO异质结构微米花。相较于纯相ZnO,基于ZnFe₂O₄/ZnO微米花的气体传感器对丙酮气体表现出了更高的灵敏度和更低的检测温度,特别是最佳工作温度下降了100°C之多,大大降低了器件的功耗。Zn Fe₂O₄和ZnO二者的协同作用以及n-n同型异质结的形成提升了ZnO基敏感材料的识别功能和转换功能,进而改善了传感器的气敏特性。（4）在ZnO中空结构的基础上,通过二次溶剂热反应制备了NiO/ZnO n-p异质结构中空球,其中NiO纳米颗粒是以离散的方式,均匀地担载到ZnO的表面上。气敏测试结果表明,在275°C下,NiO/ZnO复合材料对100 ppm丙酮气体的响应值高达29.8,是单一Zn O材料的4.6倍。同时,NiO/ZnO材料还具有极快的响应/恢复速度,其对100 ppm丙酮气体的响应和恢复时间分别为1 s和20 s。特别的是,在90%RH的高湿环境下,基于NiO/ZnO异质结构的传感器依然能够保持较低的检测下限,这使得该传感器在糖尿病的无痛呼气诊断方面具备潜在的应用价值。