باعتبارها أجهزة استشعار رئيسية للغاز في الحالة الصلبة، تُستخدم أجهزة استشعار غاز أشباه الموصلات لأكسيد فلز النانو على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي والرصد البيئي والرعاية الصحية وغيرها من المجالات بسبب حساسيتها العالية وتكلفة التصنيع المنخفضة وقياس الإشارة البسيط. في الوقت الحاضر، تركز الأبحاث حول تحسين خصائص استشعار الغاز لمواد استشعار أكسيد فلز النانو بشكل أساسي على تطوير أكاسيد فلز نانوية، مثل البنية النانوية وتعديل المنشطات.

مواد استشعار أشباه الموصلات لأكسيد فلز النانو هي بشكل أساسي SnO2، وZnO، وFe2O3، وVO2، وIn2O3، وWO3، وTiO2، وما إلى ذلك. ولا تزال مكونات المستشعر هي أجهزة استشعار الغاز المقاومة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، ويتم أيضًا تطوير مستشعرات الغازات غير المقاومة بسرعة أكبر.

في الوقت الحاضر، الاتجاه الرئيسي للبحث هو إعداد مواد نانوية منظمة ذات مساحة سطحية كبيرة محددة، مثل الأنابيب النانوية، ومصفوفات النانو، والأغشية النانوية، وما إلى ذلك لزيادة قدرة امتصاص الغاز ومعدل انتشار الغاز، وبالتالي تحسين الحساسية وسرعة الاستجابة. لغاز المواد. المنشطات العنصرية لأكسيد المعدن، أو بناء نظام مركب نانوي، يمكن للمكونات المركبة أو المشابهة المدخلة أن تلعب دورًا حفازًا، ويمكن أن تصبح أيضًا حاملًا مساعدًا لبناء البنية النانوية، وبالتالي تحسين الأداء العام لاستشعار الغاز للاستشعار مواد.

1. مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد القصدير النانو (SnO2)

أكسيد القصدير (SnO2) هو نوع من المواد الحساسة للغاز الحساسة العامة. يتمتع بحساسية جيدة للغازات مثل الإيثانول وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. وتعتمد حساسيته للغاز على حجم الجسيمات ومساحة السطح المحددة. يعد التحكم في حجم مسحوق SnO2 النانوي هو المفتاح لتحسين حساسية الغاز.

استنادًا إلى مساحيق أكسيد القصدير النانوية ذات المسام الكبيرة والكبيرة، قام الباحثون بإعداد مستشعرات ذات أغشية سميكة لها نشاط تحفيزي أعلى لأكسدة ثاني أكسيد الكربون، مما يعني نشاطًا أعلى لاستشعار الغاز. بالإضافة إلى ذلك، أصبح الهيكل النانوي نقطة ساخنة في تصميم مواد استشعار الغاز نظرًا لقنوات SSA الكبيرة وانتشار الغاز الغني وقنوات نقل الكتلة.

2. مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد الحديد النانوي (Fe2O3)

أكسيد الحديد (Fe2O3)له شكلان بلوريان: ألفا وغاما، وكلاهما يمكن استخدامهما كمواد استشعار للغاز، لكن خصائص استشعار الغاز بينهما تختلف بشكل كبير. ينتمي α-Fe2O3 إلى بنية اكسيد الالمونيوم، التي تكون خواصها الفيزيائية مستقرة. آلية استشعار الغاز الخاصة بها يتم التحكم فيها من خلال السطح، وحساسيتها منخفضة. ينتمي γ-Fe2O3 إلى بنية الإسبنيل وهو مستقر. آلية استشعار الغاز الخاصة بها هي التحكم في مقاومة الجسم بشكل أساسي. إنها تتمتع بحساسية جيدة ولكن ثبات ضعيف، ومن السهل التغيير إلى α-Fe2O3 وتقليل حساسية الغاز.

يركز البحث الحالي على تحسين ظروف التوليف للتحكم في مورفولوجية الجسيمات النانوية Fe2O3، ومن ثم فحص المواد المناسبة الحساسة للغاز، مثل الحزم النانوية α-Fe2O3، والعوارض النانوية α-Fe2O3 المسامية، والهياكل النانوية α-Fe2O3 أحادية التشتت، والميزوبوريز α-Fe2O3. المواد النانوية، الخ.

3. مواد استشعار الغاز المستخدمة نانو أكسيد الزنك (ZnO)
أكسيد الزنك (ZnO)هي مادة حساسة للغاز يتم التحكم فيها عن طريق السطح. يتميز مستشعر الغاز المعتمد على ZnO بدرجة حرارة تشغيل عالية وانتقائية ضعيفة، مما يجعله أقل استخدامًا على نطاق واسع بكثير من المساحيق النانوية SnO2 وFe2O3. ولذلك، فإن إعداد هيكل جديد للمواد النانوية ZnO، وتعديل المنشطات للنانو-ZnO لتقليل درجة حرارة التشغيل وتحسين الانتقائية هو محور البحث في مواد استشعار غاز أكسيد الزنك النانوية.

في الوقت الحاضر، يعد تطوير عنصر استشعار غاز أكسيد الزنك النانوي البلوري أحد الاتجاهات الحدودية، مثل مستشعرات غاز أكسيد الزنك النانوية أحادية البلورة.

4. مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد الإنديوم النانو (In2O3)
أكسيد الإنديوم (In2O3)هي مادة ناشئة لاستشعار غاز أشباه الموصلات من النوع n. بالمقارنة مع SnO2، ZnO، Fe2O3، وما إلى ذلك، فهي تتمتع بفجوة نطاق واسعة، ومقاومة صغيرة ونشاط تحفيزي عالي، وحساسية عالية لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروجين. تعد المواد النانوية المسامية التي يمثلها النانو In2O3 واحدة من النقاط الساخنة للأبحاث الحديثة. قام الباحثون بتصنيع مواد Mesoporous In2O3 عن طريق تكرار قالب السيليكا mesoporous. تتمتع المواد التي تم الحصول عليها بثبات جيد في نطاق 450-650 درجة مئوية، لذا فهي مناسبة لأجهزة استشعار الغاز ذات درجات حرارة التشغيل الأعلى. وهي حساسة لغاز الميثان ويمكن استخدامها لرصد الانفجارات المرتبطة بالتركيز.

5. مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد التنغستن النانو (WO3)
الجسيمات النانوية WO3عبارة عن مادة شبه موصلة مركبة من معدن انتقالي تمت دراستها وتطبيقها على نطاق واسع لخصائصها الجيدة في استشعار الغاز. يحتوي Nano WO3 على هياكل مستقرة مثل triclinic وmonoclinic وorthorhombic. قام الباحثون بتحضير جسيمات WO3 النانوية بطريقة الصب النانوي باستخدام SiO2 المسامي كقالب. لقد وجد أن الجسيمات النانوية أحادية الميل WO3 التي يبلغ متوسط ​​حجمها 5 نانومتر تتمتع بأداء أفضل في استشعار الغاز، وأن أزواج المستشعرات التي تم الحصول عليها عن طريق الترسيب الكهربي لجسيمات WO3 النانوية ذات التركيزات المنخفضة من NO2 لها استجابة عالية.

تم تصنيع التوزيع المتجانس للمجموعات النانوية ذات الطور السداسي WO3 بطريقة التبادل الأيوني الحراري المائي. تظهر نتائج اختبار حساسية الغاز أن مستشعر الغاز العنقودي النانوي WO3 يتمتع بدرجة حرارة تشغيل منخفضة وحساسية عالية للأسيتون وثلاثي ميثيل أمين ووقت استرداد استجابة مثالي، مما يكشف عن احتمالية تطبيق جيدة للمادة.

6. مواد استشعار الغاز المستخدمة ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي (TiO2)
ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)تتمتع مواد استشعار الغاز بمزايا الاستقرار الحراري الجيد وعملية التحضير البسيطة، وأصبحت تدريجياً مادة ساخنة أخرى للباحثين. في الوقت الحاضر، يركز البحث حول مستشعر غاز Nano-TiO2 على البنية النانوية وتفعيل مواد استشعار TiO2 باستخدام تكنولوجيا النانو الناشئة. على سبيل المثال، قام الباحثون بتصنيع ألياف TiO2 المجوفة ذات الحجم النانوي الصغير باستخدام تقنية الغزل الكهربائي المحوري. باستخدام تقنية اللهب الراكد المخلوط مسبقًا، يتم وضع القطب المتقاطع بشكل متكرر في لهب راكد مختلط مسبقًا مع رباعي أيزوبروكسيد التيتانيوم كمقدمة، ثم يتم زراعته مباشرة ليشكل غشاء مسامي مع جسيمات TiO2 النانوية، وهي استجابة حساسة لثاني أكسيد الكربون. وفي الوقت نفسه، ينمو TiO2 المطلوب مجموعة الأنابيب النانوية عن طريق الأنودة وتطبيقها على الكشف عن ثاني أكسيد الكبريت.

7. مركبات أكسيد النانو لمواد استشعار الغاز
يمكن تحسين خصائص استشعار الغاز لمواد استشعار مساحيق أكاسيد المعادن النانوية عن طريق المنشطات، والتي لا تضبط التوصيل الكهربائي للمادة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين الاستقرار والانتقائية. يعد تعاطي العناصر المعدنية الثمينة طريقة شائعة، وغالبًا ما تستخدم عناصر مثل Au وAg كمنشطات لتحسين أداء استشعار الغاز في مسحوق أكسيد الزنك النانوي. تشتمل مواد استشعار الغاز المركبة بأكسيد النانو بشكل أساسي على Pd doped SnO2 وPt-doped γ-Fe2O3 ومواد استشعار الكرة المجوفة In2O3 المضافة متعددة العناصر، والتي يمكن تحقيقها عن طريق التحكم في المواد المضافة واستشعار درجة الحرارة لتحقيق الكشف الاختياري عن NH3 وH2S وCO بالإضافة إلى ذلك، يتم تعديل طبقة النانو WO3 بطبقة من V2O5 لتحسين البنية السطحية المسامية لفيلم WO3، وبالتالي تحسينها. حساسية ل NO2.

في الوقت الحاضر، أصبحت مركبات أكسيد الجرافين/معدن النانو نقطة ساخنة في مواد استشعار الغاز. تم استخدام مركبات الجرافين / SnO2 النانوية على نطاق واسع كمواد للكشف عن الأمونيا واستشعار ثاني أكسيد النيتروجين.