半导体金属氧化物气体传感器因其具有结构简单、成本低廉、灵敏度高、工艺成熟等优点,使其在可燃气体、毒性气体的检漏报警,环境气体的监控等领域得到了广泛的应用。但到目前为止,半导体金属氧化物气敏元件仍然存在选择性差、功耗高、环境温湿度效应大等缺点,而且人们对其气敏机理的认识还不是十分清楚,从而限制了气体传感器的广泛发展和应用。针对目前半导体金属氧化物气敏元件中存在的问题,本文对半导体金属氧化物的合成、气敏性能和气敏机理等有关问题进行了较为系统的研究。研究具体内容如下:1.通过改变Zn（OH）₄^2-饱和溶液、5 mol·L^-1 NaOH溶液和水的体积比[VZ n（OH）4_<sup>2-/ VN aOH/V_H2O],采用水热法制备不同形貌的ZnO微纳结构如纳米棒、纳米线、纳米刷和微米球,并研究反应条件对ZnO形貌的影响。通过XRD、SEM、TEM、BET和气敏测试仪对所合成材料的组成、结构、形貌、气敏性能等性质的表征和检测,探讨了ZnO微纳结构的形成机理。研究结果发现,ZnO纳米刷在240℃时对乙醇气敏性能最好,有望成为制作高性能的乙醇传感器的潜在材料。2.采用沉淀法和水热法分别合成了直径为40 nm的SnO₂纳米颗粒和直径约1–1.5μm及长度约8–10μm的ZnO微米棒,并通过机械掺杂法制作了掺杂5、10和15 wt% ZnO微米棒的SnO₂–ZnO纳米复合物。使用XRD、SEM和气敏测试仪对所合成材料的组成、结构、形貌、气敏性能等性质进行表征和检测。结果表明,掺杂10 wt% ZnO微米棒的SnO₂–ZnO纳米复合物的气敏性能最好,在190-330℃对TMA具有高灵敏度,该气敏元件可以在330℃下检测1-500 ppm的TMA,且具有很好的响应和恢复特性,在实际应用中可以检测鱼和海鲜的新鲜度。3.以甲醇或乙醇作溶剂,采用溶剂热法制备了子弹头状的ZnO、ZnO–ZnFe₂O₄二元复合物及ZnO–Fe₂O₃–ZnFe₂O₄三元复合物,研究了溶剂对样品形貌和晶型的影响,并考察了相应材料的气敏性能。使用XRD、SEM、BET和气敏测试仪对所合成材料的组成、结构、形貌、气敏性能等性质进行表征和检测。SEM表明ZnO–Fe₂O₃–ZnFe₂O₄三元复合物具有微米陀螺状、纳米棒和颗粒状三种共存的形貌特征。气敏测试发现,与纯ZnO和ZnO–ZnFe₂O₄二元复合物相比,ZnO–Fe₂O₃–ZnFe₂O₄三元气敏材料在190℃的加热温度下对丙酮具有最高的灵敏度,并且具有良好的响应恢复特性及选择性,检测限宽至1-1000 ppm。4.以乙醇为溶剂,采用D-葡萄糖辅助溶剂热法在120℃合成了直径为16 nm的In₂O₃纳米颗粒。使用XRD、SEM、TEM和气敏测试仪对所合成材料的组成、结构、形貌、气敏性能等性质进行表征和检测。气敏测试结果表明,该In₂O₃纳米颗粒气敏元件对爆炸性气体三丙酮三过氧化物（TATP）表现很高的灵敏度,且具有较好的响应和恢复速度特性、选择性和稳定性,响应区间低至0.50–500 mg。5.以尿素为沉淀剂,采用D-果糖辅助水热法合成了多孔刚玉型纳米片组装的In₂O₃微米花,并研究了D-果糖和尿素对In₂O₃的形貌和结构的影响。使用XRD、SEM、TEM、BET和气敏测试仪对所合成材料的组成、结构、形貌、气敏性能等性质进行表征和检测。气敏测试发现,该In₂O₃微米花可在215℃的相对较低工作温度下对甲醛展现出高的灵敏度,且具有较好的响应和恢复速度特性和选择性,可检测5-750 ppm的甲醛。6.以三甘醇/水作溶剂,利用溶剂热法合成了刚玉型纳米片组装的In₂O₃微米花。使用XRD、SEM和TEM对所合成材料的组成、结构、形貌等性质进行表征。所制备的微米花的直径约为650 nm,纳米片的厚度为23 nm。研究了合成条件对In₂O₃结构和形貌的影响,并对其合成机理进行探讨。7.利用溶剂热法通过原位掺杂Gd³⁺得到刚玉型In₂O₃超细纳米线。使用XRD、SEM和TEM对所合成材料的组成、结构、形貌等性质进行表征。当用氯化盐作原料时,未掺杂Gd³⁺时得不到刚玉型In₂O₃,而掺杂Gd³⁺的前躯体InOOH可在250-300℃转化为刚玉型In₂O₃,且在250℃完全保持纳米线形貌,温度升至275-300℃仅有小部分纳米线转化为纳米颗粒;换用乙酰丙酮盐作原料时,掺杂Gd³⁺的前躯体InOOH可在250-275℃转化为刚玉型In₂O₃纳米线,与氯化盐作原料时相比,进一步提高了刚玉型In₂O₃纳米线的热稳定性。