医疗健康始终是与人们密切相关的重大社会问题,疾病诊断是其中的关键一环。随着科学技术的高速发展,人体的健康状况已经能够通过各种精尖的医疗仪器和检测方法给予良好的综合评估,但依然面临着成本,效率以及准确性等诸多问题。呼吸诊断作为一种非侵入性的新型疾病诊断方法,不仅极大的减少了诊断过程中的副作用,也能使一些疾病的前兆得到有效的发掘,因而逐渐受到人们的青睐。人体呼吸由数千种有机和无机气体组成,蕴涵着与人体代谢密切相关的丰富信息。迄今为止,人们已经开发了多种用于人体呼吸检测的方法,包括气相色谱-质谱联用法,选择离子流动管质谱法,激光吸收光谱法以及气体传感器法等。由于操作简单,成本低廉,灵敏度高,响应迅速等优点,基于金属氧化物半导体纳米材料的气体传感器在实时在线呼吸诊断上有着重要的应用前景,广泛受到人们的关注和研究。人体呼吸成分复杂,也是一种高湿度环境,这是氧化物气体传感器的实际应用需要克服的关键问题。在过去一段时间,人们一方面致力于开发可在高湿度环境下工作的高选择性氧化物气体传感器,以对作为糖尿病、肾病、哮喘等疾病标志物的CH3COCH3、NH3、C2H5OH、NO等特定气体进行低浓度定量检测。另一方面也着重于构建气体传感器阵列,以应对由多种气体标志物决定的疾病的诊断。本文结合氧化物半导体气体传感器的研究现状及发展趋势,以氧化物半导体异质结和三元金属氧化物为对象,面向呼吸诊断的实际应用需求,设计开发了高精度湿度传感器,高灵敏快速丙酮传感器以及室温氨气传感器。其中,所制备的湿度传感器解决了湿度的高精度测量问题,一方面可用于呼吸监测,另一方面可在呼吸检测中用于校正湿度对传感器性能产生的影响,为呼吸检测中氧化物传感器的应用提供了基础。此外,基于溶液激光直写技术,我们提出了一种新型的平面型氧化物半导体气体传感器的构造方法,不仅简化了气体传感器的制备过程,也为微型传感器阵列的构建做了有益的基础。本文的主要内容如下:(1)第二章通过绿色简易的水热法合成了具有空心球结构的SnO2/WO3复合材料,基于该敏感材料的传感器实现了对湿度的高精度检测,解决了一般湿度传感器在湿度检测中存在的湿滞问题。在80 ℃的工作温度下,传感器的响应恢复速度快,重复性好,且基本无湿滞,在相对湿度35%到98%之间的灵敏度可达到11,显示了 SnO2/WO3异质材料在湿度传感上的独特优势。同时,对该传感器的气敏特性进行了研究,发现其对乙醇表现出基于温度变化的p-n响应类型转换,通过对非常规气敏现象的分析,提出了低温工作模式下基于材料表面离子电导和质子电导的传感机制,同时验证了传感器用于呼吸湿度高精度检测的可行性。(2)第三章通过改进的复合模板法制备了具有超薄内壳的α-Fe2O3/SnO2双层空心球,其气敏特性优异,对丙酮和乙醇气体具有良好的选择性,同时灵敏度较高,响应和恢复速度较快,可用于呼吸丙酮的实时在线检测。通过比较不同微纳结构α-Fe2O3/SnO2异质材料的气敏响应,分析了材料形貌结构对气敏性能产生的影响,从多方面提出了设计高性能丙酮传感器的思路。(3)第四章首次使用Bi2WO6作为氨气敏感材料,开发了高灵敏高选择性的室温NH3气体传感器。进一步地,对室温氨气检测的可靠性进行了分析,选取呼吸中存在的湿度和容易伴随出现的乙醇气体作为影响因素,证明了室温氨气检测的湿度依赖性和乙醇干扰作用,并提出了氨气-乙醇双气体模式下的交叉敏感机制。通过对交叉敏感特性的分析,确立了交叉响应与氨气浓度之间的相关性,表明了 Bi2WO6室温传感器用于呼吸氨气检测的可行性。(4)第五章提出了一种新型的平面式微尺度氧化物半导体气体传感器的构造方法。基于固液界面的光热作用,采用激光直写的方式在玻璃衬底表面进行金属氧化物高精度原位合成,完成了气体传感器中的敏感材料和加热器在同一平面的有效集成。通过对几种常见N型和P型金属氧化物(Pt-Fe2O3,CuO,NiO)的合成和传感性能测试,验证了激光直写技术在氧化物气体传感器制作上的可行性和通用性。该工作为发展工艺简单,成本低廉的新型氧化物气体传感器提供了一个新的方向,同时为实现高像素传感器阵列芯片做了前期铺垫。