本论文采用微弧氧化法、液相沉积法和电化学阳极氧化法，分别制备了多孔TiO₂薄膜、网络状TiO₂薄膜、纳米级TiO₂薄膜和TiO₂纳米管阵列，并研究了其气敏性能，利用I-V、EIS、Mott-Schottky等测量技术分析了TiO₂的气敏机理。首先，利用微弧氧化法在钛片上原位生长TiO₂多孔薄膜，制备的TiO₂薄膜无需后续热处理工艺即具有结晶良好的锐钛矿结构。通过测试其对H2的敏感性能发现，多孔TiO₂的气敏性能随着温度的升高而增大，但当温度高于300℃时，其气敏性能下降。根据阻抗谱的分析认为其气敏机理主要依赖于晶界势垒，其可以由电阻和常相位角元件并联来进行电化学等效电路拟合，通过电化学阻抗分析为空间电荷层模型提供实验依据。通过调整电解液的成分和浓度，分别制备W6+、Fe3+掺杂的TiO₂多孔薄膜，研究了不同价态金属阳离子掺杂对TiO₂多孔薄膜的气敏性能的影响，结果表明，金属离子的掺杂提高了TiO₂多孔薄膜的气敏响应值，但并没有降低其工作温度。在微弧氧化制备的样品的基础上，通过对样品进行酸碱的化学处理，制备成表面呈网络状的TiO₂薄膜，改性的TiO₂多孔薄膜提高了气敏性能，并降低其最佳工作温度至150℃。液相沉积法可以在玻璃衬底上制备大面积的TiO₂薄膜，便于工业化生产。本文利用氟钛酸铵和硼酸作为前驱物，通过调工艺参数，在较低的温度下（60⁹0℃）在玻璃衬底上制备了纳米级的锐钛矿相TiO₂薄膜。通过测试，发现TiO₂薄膜的颗粒尺寸和厚度影响其气敏性能，沉积温度为60℃时，TiO₂薄膜的气敏性能最佳。由于制备的TiO₂薄膜为均匀、致密的颗粒状薄膜，只有在较高的温度下（350℃）才表现出一定的气敏响应值。本文利用电化学阳极氧化法在钛片上研究制备规则、有序的TiO₂纳米管阵列。实验发现TiO₂纳米管阵列在较低的工作温度下表现出良好的气敏性能。通过系统地研究测试电极、测试偏压等因素对TiO₂纳米管阵列的气敏性能的影响，发现二者对其气敏性能有着至关重要的作用。选择适当的工作电极可以大大降低传感器的工作温度，使TiO₂纳米管阵列在室温下表现出良好的气敏响应。论文还研究制备了Au-TiO₂纳米管肖特基势垒传感器，随着反向偏压的增大，传感器的气敏性能大致呈线性增大，当偏压高于一定值时，响应值保持平衡，测试偏压通过改变传感器金属-半导体接触的肖特基势垒高度来影响TiO₂纳米管阵列的气敏性能。这对于传感器材料的器件化具有现实指导意义。