Com a principals sensors de gas d'estat sòlid, els sensors de gas semiconductor d'òxid metàl·lic nano s'utilitzen àmpliament en la producció industrial, la vigilància ambiental, la cura de la salut i altres camps per la seva alta sensibilitat, baix cost de fabricació i mesura de senyal senzilla.En l'actualitat, la investigació sobre la millora de les propietats de detecció de gasos dels materials de detecció d'òxids metàl·lics nano-metall se centre principalment en el desenvolupament d'òxids metàl·lics a nanoescala, com ara la modificació de la nanoestructura i el dopatge.

Els materials de detecció de semiconductors d'òxid metàl·lic nano són principalment SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2, etc. Els components del sensor segueixen sent els sensors de gas resistius més utilitzats, els sensors de gasos no resistius també s'estan desenvolupant més ràpidament.

En l'actualitat, la principal direcció de recerca és preparar nanomaterials estructurats amb una gran superfície específica, com nanotubs, matrius de nanorodes, membranes nanoporoses, etc. per augmentar la capacitat d'adsorció de gasos i la velocitat de difusió del gas, i així millorar la sensibilitat i la velocitat de resposta. al gas dels materials.El dopatge elemental de l'òxid metàl·lic, o la construcció del sistema nanocompost, el dopant introduït o els components compostos poden tenir un paper catalític i també es poden convertir en un portador auxiliar per a la construcció de la nanoestructura, millorant així el rendiment global de la detecció de gasos. materials.

1. Materials de detecció de gasos utilitzats Òxid d'estany nano (SnO2)

Òxid d'estany (SnO2) és un tipus de material sensible general als gasos.Té una bona sensibilitat als gasos com l'etanol, H2S i CO. La seva sensibilitat als gasos depèn de la mida de la partícula i de la superfície específica.Controlar la mida de la nanopols de SnO2 és la clau per millorar la sensibilitat del gas.

A partir de pols d'òxid de nanoestany mesoporosos i macroporosos, els investigadors van preparar sensors de pel·lícula gruixuda que tenen una activitat catalítica més alta per a l'oxidació de CO, la qual cosa significa una activitat de detecció de gasos més alta.A més, l'estructura nanoporosa s'ha convertit en un punt calent en el disseny de materials de detecció de gasos a causa del seu gran SSA, rics canals de difusió de gas i transferència de massa.

2. Materials de detecció de gas utilitzats Nano-òxid de ferro (Fe2O3)

Òxid de ferro (Fe2O3)té dues formes de cristall: alfa i gamma, que es poden utilitzar com a materials de detecció de gasos, però les propietats de detecció de gasos tenen grans diferències.α-Fe2O3 pertany a l'estructura del corindó, les propietats físiques de la qual són estables.El seu mecanisme de detecció de gas està controlat a la superfície i la seva sensibilitat és baixa.γ-Fe2O3 pertany a l'estructura de l'espinel i és metaestable.El seu mecanisme de detecció de gas és principalment el control de la resistència corporal. Té una bona sensibilitat però una estabilitat deficient, i és fàcil de canviar a α-Fe2O3 i reduir la sensibilitat del gas.

La investigació actual se centra a optimitzar les condicions de síntesi per controlar la morfologia de les nanopartícules de Fe2O3 i, a continuació, cercar materials adequats sensibles als gasos, com ara nanobigues α-Fe2O3, nanobaixos porosos α-Fe2O3, nanoestructures α-Fe2O3 monodisperses, mesopors α-Fe2O3. nanomaterials, etc.

3. Materials de detecció de gas utilitzats Nano-òxid de zinc (ZnO)
Òxid de zinc (ZnO)és un típic material sensible al gas controlat per la superfície.El sensor de gas basat en ZnO té una temperatura de funcionament alta i una selectivitat pobra, el que fa que sigui molt menys utilitzat que els nanopols SnO2 i Fe2O3.Per tant, la preparació d'una nova estructura de nanomaterials de ZnO, la modificació del dopatge de nano-ZnO per reduir la temperatura de funcionament i millorar la selectivitat és el focus de la investigació sobre materials de detecció de gas nano ZnO.

En l'actualitat, el desenvolupament de l'element sensor de gas nano-ZnO de cristall únic és una de les direccions frontereres, com ara els sensors de gas de nanocaixa de cristall únic ZnO.

4. Materials de detecció de gas utilitzats Nano-òxid d'indi (In2O3)
Òxid d'indi (In2O3)és un material de detecció de gas semiconductor de tipus n emergent.En comparació amb SnO2, ZnO, Fe2O3, etc., té una gran bretxa de banda, una petita resistivitat i una alta activitat catalítica i una alta sensibilitat al CO i al NO2.Els nanomaterials porosos representats per nano In2O3 són un dels punts d'investigació recents.Els investigadors van sintetitzar materials In2O3 mesoporosos ordenats mitjançant la replicació de plantilla de sílice mesoporosa.Els materials obtinguts tenen una bona estabilitat en el rang de 450-650 °C, per la qual cosa són adequats per a sensors de gas amb temperatures de funcionament més altes.Són sensibles al metà i es poden utilitzar per al control d'explosions relacionades amb la concentració.

5. Materials de detecció de gasos utilitzats Òxid de tungstè nano (WO3)
Nanopartícules de WO3és un material semiconductor compost de metalls de transició que ha estat àmpliament estudiat i aplicat per la seva bona propietat de detecció de gasos.Nano WO3 té estructures estables com ara triclínica, monoclínica i ortorròmbica.Els investigadors van preparar nanopartícules de WO3 mitjançant el mètode de nanocasting utilitzant SiO2 mesoporós com a plantilla.Es va trobar que les nanopartícules monoclíniques de WO3 amb una mida mitjana de 5 nm tenen un millor rendiment de detecció de gasos, i els parells de sensors obtinguts per deposició electroforètica de nanopartícules de WO3 Les concentracions baixes de NO2 tenen una resposta elevada.

La distribució homogènia dels nanoclusters WO3 de fase hexagonal es va sintetitzar mitjançant el mètode hidrotermal d'intercanvi iònic.Els resultats de la prova de sensibilitat al gas mostren que el sensor de gas nanoclustered WO3 té una temperatura de funcionament baixa, una alta sensibilitat a l'acetona i la trimetilamina i un temps de recuperació de resposta ideal, revelant una bona perspectiva d'aplicació del material.

6. Materials de detecció de gas utilitzats Nanodiòxid de titani (TiO2)
Diòxid de titani (TiO2)Els materials de detecció de gasos tenen els avantatges d'una bona estabilitat tèrmica i un procés de preparació senzill i s'han convertit gradualment en un altre material calent per als investigadors.Actualment, la investigació sobre el sensor de gas nano-TiO2 se centra en la nanoestructura i la funcionalització dels materials de detecció de TiO2 mitjançant l'ús de la nanotecnologia emergent.Per exemple, els investigadors han fabricat fibres buides de TiO2 a micro-nano-escala mitjançant la tecnologia d'electrospinning coaxial.Utilitzant la tecnologia de flama estancada premesclada, l'elèctrode creuat es col·loca repetidament en una flama estancada premesclada amb tetraisopropòxid de titani com a precursor, i després es fa créixer directament per formar una membrana porosa amb nanopartícules de TiO2, que és una resposta sensible al CO. Simultàniament creix el TiO2 ordenat. matriu de nanotubs mitjançant anodització i l'aplica a la detecció de SO2.

7. Composites de nanoòxids per a material de detecció de gasos
Les propietats de detecció de gas dels materials de detecció de pols de nanoòxids metàl·lics es poden millorar mitjançant el dopatge, que no només ajusta la conductivitat elèctrica del material, sinó que també millora l'estabilitat i la selectivitat.El dopatge d'elements de metalls preciosos és un mètode comú, i elements com Au i Ag s'utilitzen sovint com a dopants per millorar el rendiment de detecció de gasos de la pols d'òxid de zinc nano.Els materials de detecció de gas compost de nanoòxid inclouen principalment SnO2 dopat amb Pd, γ-Fe2O3 dopat amb Pt i material de detecció d'esfera buida In2O3 afegit amb diversos elements, que es pot realitzar controlant additius i detecció de temperatura per realitzar la detecció electiva de NH3, H2S i CO A més, la nano pel·lícula WO3 es modifica amb una capa de V2O5 per millorar l'estructura superficial porosa de la pel·lícula WO3, millorant així la seva sensibilitat al NO2.

Actualment, els compostos de grafè/òxid nanometall s'han convertit en un punt calent en els materials del sensor de gas.Els nanocomposites de grafè/SnO2 s'han utilitzat àmpliament com a materials de detecció d'amoníac i sensors de NO2.