纳米科学技术的发展加速了气体传感器步入量子点制备时代的进程。针对量子点气敏材料呈现出的高灵敏度和快速响应等优异性能,本文利用第一性原理基本方法,从微观电子层面上讨论SnO2气敏特性的尺寸效应,进而对传感机理关键参数开展研究,通过电阻幂定律指数建立第一性原理计算结果和实验参数的关联关系,提出实验验证仿真结果的新方法,解决了仿真结果难以测量的问题。本文主要基于第一性原理计算了晶粒尺寸范围为0.474-1.593nm完整晶格和缺陷晶格SnO2超胞的态密度,并计算了氧空位形成能和不同氧离子的吸附能,分析了尺寸对氧空位和超氧离子吸附的影响。结果表明,通过增加SnO2晶粒尺寸可以改善完整和缺陷SnO2超胞的载流子浓度和电导率。同时计算发现,有缺陷的SnO2超胞中氧空位的形成能与晶粒尺寸呈正相关,表明空位最有可能出现在表层桥位氧处。在缺陷SnO2超胞上O-和O2-的吸附能随晶粒尺寸的增加而增加。利用Mulliken电荷布局分析了SnO2超胞中电子转移情况,O 2p轨道从Sn 5s和5p以及O 2s轨道捕获电子。氧离子(O-和O2-)借助与之成键的Sn原子,能够捕获晶粒内部区域中的自由电子,从而导致耗尽层扩展。SnO2晶粒表面存在吸附氧O-、O2-之间的相互转化,基于此建立吸附氧转化模型。本文对转化模型进行吸附能计算发现,当吸附氧比例为O2-:O-=12:6时,转化能量ΔE的绝对值最小,为0.008eV,表明该状态出现概率最大。吸附氧种类决定了电阻幂定律指数m,在350℃时,吸附氧O2-和O-的所占比为66.7%和33.3%,此时理论m值为5/6。在25℃时,气氛中O2-和O-的占比为91%和9%,理论m值为0.955。同时本文制备SnO2量子点传感器,在25℃下将SnO2量子点传感器分别置于还原性气氛H2和C4H10中,得到m分别为0.914和0.852。通过对比发现,理论计算值m与实验m值十分接近。因此,本文通过电阻幂定律指数建立了第一性原理计算结果和实验参数的关联关系。本文还将基于Mulliken电荷布局分析中提到耗尽层的扩展现象,从模型角度上对德拜长度问题进行分析。将三维立体的SnO2超胞计算模型进行空间上的降维,展开成二维晶格序列,并基于原子间电荷转移情况,在SnO2二维晶格序列中寻找与受主态之间电荷转移量最小的原子组合,该组合的最短路径即为德拜长度。计算发现,尺寸为1.421nm的SnO2德拜长度Ld为4.801A。同时基于本模型参数,利用肖特基近似法对德拜长度进行计算,得出理论值LD为5.27A。两种计算方法结果吻合良好,建立了新的估算德拜长度的方法。