为了开发高性能气体传感器,寻找合适的具有高灵敏度、高选择性和高稳定性的气体传感材料至关重要。其中,ZnO作为一种典型的n型半导体金属氧化物,因其具有高的热稳定性和化学稳定性、低成本和高导电性,而广泛应用于各种可燃气体和有害气体的研究。然而,传统的ZnO气体传感器在低浓度检测、高选择性、快速响应和高可靠性等方面还面临着一定的挑战。本论文以ZnO半导体为基础材料,通过掺杂稀土元素及与p型过渡金属氧化物复合构建p-n异质结的方式来提高ZnO单体材料的气敏性能,并研究掺杂及p-n异质结对ZnO基体材料气敏性能提高的原因。本论文主要研究内容如下:(1)采用水热法成功制备了纯ZnO和不同摩尔分数Ce掺杂ZnO多孔微米花状复合材料,通过XRD、SEM、FT-IR、XPS等测试手段对材料的微观结构、形貌特征及化学组成等进行表征,系统的研究了纯ZnO及不同摩尔分数Ce掺杂ZnO材料对乙醇的气敏响应。结果表明,Ce掺杂可以改善ZnO传感器的气敏性能。尤其是1.2at%Ce/ZnO传感器在325℃的操作温度下对100ppm乙醇的响应最高,其响应值为59.9,是纯ZnO传感器的6.1倍。XPS结果表明,Ce的掺杂对氧的分布有很大的影响,使氧空位和化学吸附氧的比例明显增加,从而大大提高了传感器的响应值。由气敏性能测试可知,1.2at%Ce/ZnO传感器表现出较高的响应、相对较低的工作温度、快速的响应/恢复特性、良好的可重复性和稳定性。(2)采用简单的一步水热法成功制备了纯ZnO和不同NiO含量微米花状NiO/ZnO p-n异质结复合材料,通过XRD、SEM、XPS等测试手段对材料的微观结构、形貌特征及化学组成等进行表征,系统的研究了不同NiO含量对微米花状NiO/ZnO复合材料的结构、形貌及气敏性能的影响。结果表明,与纯ZnO传感器相比,NiO/ZnO微米花传感器对甲醛的响应增强,同时,引入NiO明显降低了操作温度。尤其是NiO-3/ZnO微米花传感器,其响应值为21.3,是纯ZnO传感器的6.7倍。此外,该传感器具有工作温度相对较低、响应/恢复快、重现性和稳定性好等特点。其传感性能的增强可能是由于界面上p-n异质结的形成和NiO的催化作用,使表面耗尽层明显增大,势垒增大。