بصفتها مستشعرات الغاز الصلبة الرئيسية ، تُستخدم مستشعرات غاز أشباه الموصلات بأكسيد الفلز النانوي على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي والمراقبة البيئية والرعاية الصحية وغيرها من المجالات لحساسيتها العالية وتكلفة التصنيع المنخفضة وقياس الإشارة البسيط.في الوقت الحاضر ، تركز الأبحاث حول تحسين خصائص استشعار الغاز لمواد استشعار أكسيد الفلز النانوي بشكل أساسي على تطوير أكاسيد المعادن النانوية ، مثل البنية النانوية وتعديل المنشطات.

مواد استشعار أشباه الموصلات بأكسيد الفلز النانوي هي أساسًا SnO2 ، ZnO ، Fe2O3 ، VO2 ، In2O3 ، WO3 ، TiO2 ، إلخ. لا تزال مكونات المستشعر هي أجهزة استشعار الغاز المقاومة الأكثر استخدامًا ، كما يتم تطوير مستشعرات الغازات غير المقاومة بسرعة أكبر.

في الوقت الحالي ، يتمثل اتجاه البحث الرئيسي في إعداد مواد متناهية الصغر منظمة ذات مساحة سطح محددة كبيرة ، مثل الأنابيب النانوية ، ومصفوفات nanorod ، والأغشية النانوية ، وما إلى ذلك لزيادة قدرة امتصاص الغاز ومعدل انتشار الغاز ، وبالتالي تحسين الحساسية وسرعة الاستجابة لغاز المواد.يمكن أن تلعب المنشطات الأولية لأكسيد الفلز ، أو بناء نظام المركبات النانوية ، دورًا محفزًا ، ويمكن أن تصبح أيضًا ناقلًا مساعدًا لبناء البنية النانوية ، وبالتالي تحسين الأداء العام لاستشعار الغاز مواد.

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

أكسيد القصدير (SnO2) نوع من المواد الحساسة للغازات العامة.لديها حساسية جيدة للغازات مثل الإيثانول و H2S و CO. وتعتمد حساسيتها للغازات على حجم الجسيمات ومساحة السطح المحددة.التحكم في حجم مسحوق SnO2 النانوي هو المفتاح لتحسين حساسية الغاز.

استنادًا إلى مساحيق أكسيد القصدير النانوية المسامية والتي يسهل اختراقها ، أعد الباحثون مستشعرات ذات غشاء سميك لها نشاط تحفيزي أعلى لأكسدة ثاني أكسيد الكربون ، مما يعني زيادة نشاط استشعار الغاز.بالإضافة إلى ذلك ، أصبح الهيكل النانوي نقطة ساخنة في تصميم مواد استشعار الغاز بسبب قناتها الكبيرة SSA وانتشار الغاز الغني وقنوات النقل الجماعي.

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

أكسيد الحديد (Fe2O3)له شكلين بلوريين: ألفا وجاما ، وكلاهما يمكن استخدامه كمواد لاستشعار الغاز ، لكن خصائص استشعار الغاز لهما اختلافات كبيرة.ينتمي α-Fe2O3 إلى هيكل اكسيد الالمونيوم ، الذي تكون خواصه الفيزيائية مستقرة.يتم التحكم في آلية استشعار الغاز الخاصة به على السطح ، كما أن حساسيته منخفضة.γ-Fe2O3 ينتمي إلى هيكل الإسبينيل وهو ثابت.آلية استشعار الغاز هي التحكم في مقاومة الجسم بشكل أساسي ، وتتميز بحساسية جيدة ولكن استقرار ضعيف ، ومن السهل تغييرها إلى α-Fe2O3 وتقليل حساسية الغاز.

يركز البحث الحالي على تحسين شروط التخليق للتحكم في شكل الجسيمات النانوية Fe2O3 ، ثم فحص المواد المناسبة الحساسة للغاز ، مثل α-Fe2O3 النانوية المسامية ، α-Fe2O3 النانوية المسامية ، البنى النانوية α-Fe2O3 أحادية التشتت ، mesopores α-Fe2O3 المواد النانوية ، إلخ.

3. مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد الزنك النانو (ZnO)
أكسيد الزنك (ZnO)هي مادة نموذجية حساسة للغاز يتم التحكم فيها عن طريق السطح.يتميز مستشعر الغاز القائم على ZnO بدرجة حرارة تشغيل عالية وانتقائية ضعيفة ، مما يجعله أقل استخدامًا على نطاق واسع من المساحيق النانوية SnO2 و Fe2O3.لذلك ، فإن إعداد هيكل جديد للمواد النانوية ZnO ، وتعديل المنشطات للنانو- ZnO لتقليل درجة حرارة التشغيل وتحسين الانتقائية هو محور البحث في مواد استشعار غاز ZnO النانوية.

في الوقت الحاضر ، يعد تطوير عنصر استشعار غاز بلوري أحادي النانو- ZnO أحد الاتجاهات الحدودية ، مثل مستشعرات الغاز النانوية أحادية الكريستال ZnO.

4 - مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد النانو إنديوم (In2O3)
أكسيد الإنديوم (In2O3)عبارة عن مادة استشعار غاز أشباه الموصلات من النوع n الناشئة.بالمقارنة مع SnO2 ، ZnO ، Fe2O3 ، وما إلى ذلك ، لديها فجوة واسعة في النطاق ، ومقاومة صغيرة ونشاط تحفيزي مرتفع ، وحساسية عالية لثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروجين.تعد المواد النانوية المسامية التي يمثلها nano In2O3 واحدة من النقاط الساخنة البحثية الحديثة.قام الباحثون بتصنيع مواد In2O3 مرتبة عن طريق تكرار قالب السيليكا ميسوبوروس.تتمتع المواد التي تم الحصول عليها بثبات جيد في حدود 450-650 درجة مئوية ، لذا فهي مناسبة لأجهزة استشعار الغاز ذات درجات حرارة تشغيل أعلى.إنها حساسة للميثان ويمكن استخدامها لرصد الانفجار المرتبط بالتركيز.

5. مواد استشعار الغاز المستخدمة أكسيد التنغستن النانو (WO3)
جسيمات WO3 النانويةعبارة عن مادة شبه موصلة لمركب معدني انتقالية تمت دراستها وتطبيقها على نطاق واسع لخاصيتها الجيدة لاستشعار الغاز.يحتوي Nano WO3 على هياكل مستقرة مثل triclinic و monoclinic و orthorhombic.أعد الباحثون جسيمات WO3 النانوية بطريقة الصب بالنانو باستخدام SiO2 المسامية كقالب.لقد وجد أن الجسيمات النانوية أحادية الميل WO3 بمتوسط ​​حجم 5 نانومتر لها أداء أفضل في استشعار الغاز ، وأزواج المستشعرات التي تم الحصول عليها عن طريق الترسيب الكهربي لجسيمات WO3 النانوية ذات التركيزات المنخفضة من NO2 لها استجابة عالية.

تم تصنيع التوزيع المتجانس للطور السداسي للكتل النانوية WO3 بطريقة التبادل الأيوني - الهيدروحراري.تظهر نتائج اختبار حساسية الغاز أن مستشعر الغاز النانوي WO3 لديه درجة حرارة تشغيل منخفضة ، وحساسية عالية للأسيتون وتريميثيل أمين ووقت استرداد استجابة مثالي ، مما يكشف عن احتمال تطبيق جيد للمادة.

6. مواد استشعار الغاز المستخدمة ثاني أكسيد التيتانيوم النانو (TiO2)
ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)تتمتع مواد استشعار الغاز بمزايا الاستقرار الحراري الجيد وعملية التحضير البسيطة ، وأصبحت تدريجيًا مادة ساخنة أخرى للباحثين.في الوقت الحاضر ، يركز البحث على مستشعر الغازات النانوية TiO2 على البنية النانوية والتوظيف الوظيفي لمواد استشعار TiO2 باستخدام تقنية النانو الناشئة.على سبيل المثال ، صنع الباحثون ألياف TiO2 مجوفة بمقياس النانو متناهية الصغر عن طريق تقنية الغزل الكهربائي المحورية.باستخدام تقنية اللهب الراكد الممزوج مسبقًا ، يتم وضع القطب المتقاطع مرارًا وتكرارًا في لهب راكد سابق الخلط مع مادة تيترايزوبروبوكسيد التيتانيوم كسلعة ، ثم ينمو مباشرة لتشكيل غشاء مسامي به جسيمات TiO2 النانوية ، وهو استجابة حساسة لثاني أكسيد الكربون. في نفس الوقت ينمو TiO2 المرتب مصفوفة الأنابيب النانوية بواسطة الأنودة وتطبقها على الكشف عن ثاني أكسيد الكبريت.

7. مركبات أكسيد النانو لمواد استشعار الغاز
يمكن تحسين خصائص استشعار الغازات في مواد استشعار مساحيق أكاسيد المعادن النانوية عن طريق المنشطات ، والتي لا تضبط الموصلية الكهربائية للمادة فحسب ، بل تعمل أيضًا على تحسين الاستقرار والانتقائية.يُعد تعاطي المنشطات من العناصر المعدنية الثمينة طريقة شائعة ، وغالبًا ما تُستخدم عناصر مثل Au و Ag كمثبطات لتحسين أداء استشعار الغاز لمسحوق أكسيد الزنك النانوي.تشتمل مواد استشعار الغاز المركب بأكسيد النانو بشكل أساسي على Pd doped SnO2 و Pt-doped γ-Fe2O3 ، ومواد استشعار كروية مجوفة متعددة العناصر مضافة In2O3 ، والتي يمكن تحقيقها من خلال التحكم في المواد المضافة واستشعار درجة الحرارة لتحقيق الكشف الاختياري عن NH3 و H2S و CO بالإضافة إلى ذلك ، يتم تعديل فيلم WO3 النانو بطبقة من V2O5 لتحسين بنية السطح المسامية لفيلم WO3 ، وبالتالي تحسين حساسيته تجاه NO2.

في الوقت الحاضر ، أصبحت مركبات الجرافين / أكسيد الفلز النانوي نقطة ساخنة في مواد استشعار الغاز.تم استخدام مركبات الجرافين / SnO2 النانوية على نطاق واسع كمواد للكشف عن الأمونيا واستشعار NO2.