Като основни газови сензори в твърдо състояние, полупроводниковите газови сензори от нанометален оксид се използват широко в индустриалното производство, мониторинга на околната среда, здравеопазването и други области поради тяхната висока чувствителност, ниска производствена цена и просто измерване на сигнала.Понастоящем изследванията за подобряване на газовите сензорни свойства на сензорните материали за нанометални оксиди се фокусират главно върху разработването на наноразмерни метални оксиди, като наноструктура и модификация на допинг.

Нанометални оксидни полупроводникови сензорни материали са главно SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 и др. Сензорните компоненти все още са най-широко използваните резистивни газови сензори, нерезистивните газови сензори също се разработват по-бързо.

Понастоящем основната насока на изследване е да се подготвят структурирани наноматериали с голяма специфична повърхност, като нанотръби, масиви от нанопръчки, нанопорести мембрани и др., за да се увеличи капацитетът за адсорбция на газ и скоростта на дифузия на газ и по този начин да се подобри чувствителността и скоростта на реакция към газ на материалите.Елементарното допиране на металния оксид или конструкцията на нанокомпозитната система, въведената добавка или композитни компоненти могат да играят каталитична роля и могат също така да се превърнат в спомагателен носител за конструиране на наноструктурата, като по този начин подобряват цялостната производителност на сензора за газ материали.

1. Използвани материали за сензори за газ Нано калаен оксид (SnO2)

Калаен оксид (SnO2) е вид общ чувствителен към газ материал.Има добра чувствителност към газове като етанол, H2S и CO. Неговата чувствителност към газ зависи от размера на частиците и специфичната повърхност.Контролирането на размера на нанопраха SnO2 е ключът към подобряване на чувствителността към газ.

На базата на мезопорести и макропорести прахове от нанокалаен оксид, изследователите подготвиха дебелослойни сензори, които имат по-висока каталитична активност за окисляване на CO, което означава по-висока активност на отчитане на газ.В допълнение, нанопорестата структура се превърна в гореща точка в дизайна на газови сензорни материали поради големия си SSA, богата газова дифузия и канали за пренос на маса.

2. Използвани газови сензорни материали Нано железен оксид (Fe2O3)

Железен оксид (Fe2O3)има две кристални форми: алфа и гама, като и двете могат да се използват като газови сензорни материали, но газовите им сензорни свойства имат големи разлики.α-Fe2O3 принадлежи към структурата на корунда, чиито физични свойства са стабилни.Неговият газ сензорен механизъм е повърхностно контролиран и неговата чувствителност е ниска.γ-Fe2O3 принадлежи към структурата на шпинела и е метастабилен.Неговият механизъм за отчитане на газ е основно контрол на съпротивлението на тялото. Има добра чувствителност, но слаба стабилност и лесно се променя на α-Fe2O3 и намалява чувствителността към газ.

Настоящото изследване се фокусира върху оптимизиране на условията на синтез за контролиране на морфологията на наночастиците Fe2O3 и след това скрининг за подходящи чувствителни към газ материали, като нанолъчи α-Fe2O3, порести нанопръчки α-Fe2O3, монодисперсни наноструктури α-Fe2O3, мезопори α-Fe2O3 наноматериали и др.

3. Използвани газови сензорни материали Наноцинков оксид (ZnO)
Цинков оксид (ZnO)е типичен повърхностно контролиран газ-чувствителен материал.Базираният на ZnO газов сензор има висока работна температура и слаба селективност, което го прави много по-малко използван от нанопраховете SnO2 и Fe2O3.Следователно подготовката на нова структура на ZnO наноматериали, допинг модификацията на нано-ZnO за намаляване на работната температура и подобряване на селективността е фокусът на изследванията върху нано ZnO ​​газови сензорни материали.

Понастоящем разработването на монокристален нано-ZnO газов чувствителен елемент е една от граничните посоки, като еднокристални ZnO нанородови газови сензори.

4. Използвани газови сензорни материали Нано индиев оксид (In2O3)
Индиев оксид (In2O3)е нововъзникващ n-тип полупроводников газ сензорен материал.В сравнение със SnO2, ZnO, Fe2O3 и др., той има широка ширина на лентата, малко съпротивление и висока каталитична активност и висока чувствителност към CO и NO2.Порестите наноматериали, представени от нано In2O3, са една от последните горещи точки за изследване.Изследователите са синтезирали подредени мезопорести In2O3 материали чрез репликация на шаблон от мезопорест силициев диоксид.Получените материали имат добра стабилност в диапазона 450-650 °C, така че са подходящи за газови сензори с по-високи работни температури.Те са чувствителни към метан и могат да се използват за мониторинг на експлозии, свързани с концентрацията.

5. Използвани материали за сензори за газ Нано волфрамов оксид (WO3)
WO3 наночастицие полупроводников материал, съставен от преходен метал, който е широко проучен и прилаган заради доброто си свойство да усеща газ.Nano WO3 има стабилни структури като триклинни, моноклинни и орторомбични.Изследователите подготвиха наночастици WO3 чрез метод на нано-леене, използвайки мезопорест SiO2 като шаблон.Установено е, че моноклинните WO3 наночастици със среден размер от 5 nm имат по-добра производителност при отчитане на газ, а сензорните двойки, получени чрез електрофоретично отлагане на WO3 наночастици. Ниските концентрации на NO2 имат висока реакция.

Хомогенното разпределение на хексагонални фазови WO3 нанокластери беше синтезирано чрез йонообменно-хидротермален метод.Резултатите от теста за чувствителност към газ показват, че нанокластерният газов сензор WO3 има ниска работна температура, висока чувствителност към ацетон и триметиламин и идеално време за възстановяване на реакцията, което разкрива добра перспектива за приложение на материала.

6. Използвани газови сензорни материали Нано титанов диоксид (TiO2)
Титанов диоксид (TiO2)Газовите сензорни материали имат предимствата на добра термична стабилност и прост процес на приготвяне и постепенно се превърнаха в друг горещ материал за изследователите.Понастоящем изследването на нано-TiO2 газов сензор се фокусира върху наноструктурата и функционализацията на TiO2 сензорни материали чрез използване на нововъзникващи нанотехнологии.Например, изследователите са направили микронаномащабни кухи TiO2 влакна чрез коаксиална технология за електрозавъртане.Използвайки технологията на предварително смесен застоял пламък, кръстосаният електрод многократно се поставя в предварително смесен застоял пламък с титанов тетраизопропоксид като прекурсор и след това директно се отглежда, за да образува пореста мембрана с наночастици TiO2, което е чувствителна реакция към CO. Едновременно с това расте подреденият TiO2 масив от нанотръби чрез анодизиране и го прилага за откриване на SO2.

7. Нано оксидни композити за газов сензорен материал
Газочувствителните свойства на чувствителните материали на прахове от нано метални оксиди могат да бъдат подобрени чрез допинг, който не само регулира електрическата проводимост на материала, но също така подобрява стабилността и селективността.Допирането на елементи от благородни метали е често срещан метод и елементи като Au и Ag често се използват като добавки за подобряване на чувствителността на газ на нано прах от цинков оксид.Нанооксидните композитни газови сензорни материали включват основно Pd легиран SnO2, Pt легиран γ-Fe2O3 и многоелементен добавен In2O3 кух сферичен сензорен материал, който може да бъде реализиран чрез контролиране на добавките и температурата на сензора за реализиране на избирателно откриване на NH3, H2S и CO В допълнение, нано филмът WO3 е модифициран със слой от V2O5, за да се подобри структурата на порестата повърхност на филма WO3, като по този начин се подобрява неговата чувствителност към NO2.

Понастоящем композитите от графен/нанометален оксид са се превърнали в гореща точка в материалите за газови сензори.Графен/SnO2 нанокомпозитите са широко използвани като материали за откриване на амоняк и NO2.