工业废气、汽车尾气、建筑涂料等源头释放的有害化学气体，如甲醛（CH₂O）、氨气（NH₃）、二氧化硫（SO₂）、一氧化碳（CO）等，对生态环境、人体健康等方面构成了严重威胁。实现有害气体的快速、准确检测，对于环境卫生和生命安全具有重要意义。声表面波（Surface acoustic wave，SAW）传感器因其高灵敏度、快速响应、微型化等优势成为研究热点。然而，目前SAW气体传感器的发展大多受制于敏感膜的选择性。本研究利用ZnO和SnO₂材料半导体特性、纳米结构等优势，开展ZnO基敏感膜和SnO₂基敏感膜的谐振型SAW气体传感器构建与气敏特性研究。
基于密度泛函理论分别研究了金属氧化物ZnO基敏感膜对CH₂O、NH₃和SO₂气体分子，以及金属氧化物SnO₂基敏感膜对CO、NH₃和SO₂气体分子的吸附特性。通过构建未掺杂ZnO、铝掺杂ZnO、铜掺杂ZnO、未掺杂SnO₂和锑掺杂SnO₂五种敏感膜表面吸附模型，对比分析了不同表面吸附模型对CH₂O、CO、NH₃和SO₂气体分子的吸附能、能带结构、能量态密度、电荷转移等特性。研究表明，相比于未掺杂的ZnO敏感膜与Cu-ZnO敏感膜，Al-ZnO敏感膜对CH₂O、NH₃和SO₂分子的吸附能与电荷转移均显著增强，尤其是对SO₂分子的吸附能从1.78 eV增至3.62 eV，而未掺杂的SnO₂敏感膜相比于Sb-SnO₂敏感膜对CH₂O、NH₃和SO₂分子的吸附能与电荷转移均显著增强，尤其是对CO分子的吸附能从0.87 eV增至2.72 eV，表现出较强的化学吸附。基于金属氧化物敏感膜的气敏机制，分别基于ZnO与Al-ZnO纳米敏感膜研制了两种SAW气体传感器，实现了CH₂O、NH₃与SO₂三种有害气体的检测，而基于Al-ZnO纳米敏感膜的SAW传感器具有更高的气体响应灵敏，灵敏度分别为2911 Hz/ppm、3592 Hz/ppm与3927 Hz/ppm。本研究工作可为SAW传感器在工业安全与环境监测中的应用提供可靠的理论基础。
 

声表面波传感器；金属氧化物敏感膜；气体吸附；气敏特性；有害气体检测