开发可便携、实时检测痕量爆炸物气氛的气敏传感器，对于反恐防爆和维护国家安全具有重要意义。然而，目前报道的爆炸物气敏传感器的响应时间较长，难以实现对爆炸物的快速检测，而且对响应机理缺乏系统的研究。　　本论文以可控制备富含表面缺陷的ZnO纳米颗粒为基础，通过过渡金属掺杂以及异质结构建两种方式，提升ZnO纳米颗粒对痕量爆炸物气氛的检测性能。系统探讨了影响响应大小、响应速度的内在因素，并在此基础上，通过构建传感器阵列，实现了对爆炸物气氛的定性识别。取得的创新性研究成果如下:　　一、通过调节退火温度调控ZnO纳米颗粒的表面缺陷，实现了对其气敏性能的调控。采用溶胶-凝胶法和退火处理手段制备了表面富含缺陷的ZnO纳米颗粒，电子顺磁共振谱(EPR)研究表明:与200、600℃的退火条件相比，经400℃退火处理的ZnO纳米颗粒含有的单电子氧空位表面缺陷数目最多。通过气敏测试表明，400℃退火处理的ZnO纳米颗粒对TNT饱和蒸气的响应最大，证明单电子氧空位表面缺陷数量与气敏响应大小密切相关。　　二、通过过渡金属(Fe、Co、Ni)掺杂ZnO纳米颗粒，提升其对爆炸物蒸气的响应速度，并明确其快速响应机理。一方面，Fe掺杂ZnO纳米颗粒表面富含单电子氧空位，保证了其较高的响应大小;另一方面，与纯相ZnO纳米颗粒相比，Fe掺杂可显著缩短其对硝基爆炸物气氛的响应时间和回复时间，掺杂后响应时间由28-43 s缩减到3-7 s，回复时间由32-40 s缩减到4-8 s。过渡金属掺杂改变了表面壳层的电子结构，在ZnO纳米颗粒的内部形成了一个局域电荷聚集层，导致内部电荷转移到表面缺陷的距离减小，缩短了电信号的变化时间，从而显著缩短了对爆炸物气氛的响应时间和回复时间。通过对Co、Ni掺杂的ZnO纳米颗粒的爆炸物检测性能，以及三种掺杂颗粒对高浓度苯、甲苯和硝基苯蒸气的响应性能，验证了该机理的普适性。以Fe、Co、Ni掺杂的ZnO纳米颗粒为敏感材料构建的传感器阵列，对室温下硝基爆炸物饱和蒸气和两种非制式爆炸物原料（硝酸铵和尿素）的蒸气均表现出良好的响应与区分能力。主成分分析(PCA)表明，传感器阵列可以在13秒内将9.1 ppb的三硝基甲苯(TNT)和4.9 ppt的黑索金(RDX)从高浓度的结构类似物，如12.5％的苯，3.85％的甲苯和394.7 ppm的硝基苯中很好的分辨出来。该研究首次建立了气敏响应速度与材料结构的内在联系，为传感器的实用化提供有力保障。　　三、通过ZnO/ZnS异质结纳米颗粒构建以及人为制造不同类型的表面缺陷，进一步明确影响气敏性能的决定因素。在ZnO纳米颗粒水热制备过程中加入硫源以及调节S/Zn比，成功实现了ZnO纳米颗粒向ZnO/ZnS异质结及ZnS纳米颗粒的转变，并探讨了硫化程度对硝基爆炸物(TNT、DNT)及非制式爆炸物原料（硫粉、黑火药、氯酸钾、高锰酸钾、硝酸铵和尿素）检测的影响。随着硫化程度的增加，样品的响应大小、响应时间和回复时间总体呈现先增加后降低的趋势。其中，当ZnO/ZnS=0.8∶0.2时，整体检测性能最佳，其对TNT、DNT、硫粉、黑火药、氯酸钾、高锰酸钾的响应最大，达到30-50％，整体响应时间和回复时间较小，分别为10、12.6、13.3、14、10.7和9.6 s;14、13.6、14、11.3、15和12s。通过对样品表面缺陷的测试，发现ZnO/ZnS异质结纳米颗粒的表面缺陷会随着退火气氛和温度的不同而改变，出现单电子氧空位(g=1.96)和另外一种表面缺陷(g=2.0)。单电子氧空位的数量决定了异质结材料的检测性能，另外的表面缺陷对检测性能基本无影响。该研究通过异质结构建的方式，进一步确定了单电子氧空位在提高ZnO纳米材料响应性能方面的决定性作用。