Jako hlavní senzory plynu v pevné fázi jsou polovodičové plynové senzory nano-kovových oxidů široce používány v průmyslové výrobě, monitorování životního prostředí, zdravotnictví a dalších oblastech pro svou vysokou citlivost, nízké výrobní náklady a jednoduché měření signálu.V současné době se výzkum zlepšení vlastností snímání plynů u materiálů snímajících nano oxidy kovů zaměřuje především na vývoj oxidů kovů v nanoměřítku, jako je nanostruktura a dopingová modifikace.

Polovodičové snímací materiály nanokovových oxidů jsou především SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 atd. Komponenty snímačů jsou stále nejpoužívanějšími odporovými snímači plynů, rychleji se vyvíjejí také snímače bezodporových plynů.

V současné době je hlavním směrem výzkumu příprava strukturovaných nanomateriálů s velkým specifickým povrchem, jako jsou nanotrubice, pole nanorodek, nanoporézní membrány atd., aby se zvýšila adsorpční kapacita plynu a rychlost difúze plynu, a tím se zlepšila citlivost a rychlost odezvy. na plyn materiálů.Elementární dotování oxidu kovu nebo konstrukce nanokompozitního systému, zaváděný dopant nebo kompozitní složky mohou hrát katalytickou roli a mohou se také stát pomocným nosičem pro konstrukci nanostruktury, čímž se zlepší celkový výkon snímání plynů. materiálů.

1. Použité materiály pro snímání plynu Nano Oxid cínu (SnO2)

Oxid cínatý (SnO2) je druh obecně citlivého materiálu citlivého na plyn.Má dobrou citlivost na plyny, jako je ethanol, H2S a CO. Jeho citlivost na plyny závisí na velikosti částic a specifickém povrchu.Kontrola velikosti nanoprášku SnO2 je klíčem ke zlepšení citlivosti na plyny.

Na základě mezoporézních a makroporézních nano prášků oxidu cínu vědci připravili tlustovrstvé senzory, které mají vyšší katalytickou aktivitu pro oxidaci CO, což znamená vyšší aktivitu snímání plynu.Kromě toho se nanoporézní struktura stala horkým místem v návrhu materiálů pro snímání plynu díky svému velkému SSA, bohaté difúzi plynu a kanálům pro přenos hmoty.

2. Použité materiály pro snímání plynu Nano oxid železitý (Fe2O3)

Oxid železitý (Fe2O3)má dvě krystalové formy: alfa a gama, přičemž obě mohou být použity jako materiály pro snímání plynu, ale jejich vlastnosti při snímání plynu mají velké rozdíly.α-Fe2O3 patří do struktury korundu, jehož fyzikální vlastnosti jsou stabilní.Jeho mechanismus snímání plynu je povrchově řízený a jeho citlivost je nízká.γ-Fe2O3 patří ke struktuře spinelu a je metastabilní.Jeho mechanismus snímání plynu je hlavně řízení odporu těla. Má dobrou citlivost, ale špatnou stabilitu a lze jej snadno změnit na α-Fe2O3 a snížit citlivost na plyn.

Současný výzkum se zaměřuje na optimalizaci podmínek syntézy pro řízení morfologie nanočástic Fe2O3 a následné vyhledávání vhodných materiálů citlivých na plyn, jako jsou nanopaprsky α-Fe2O3, porézní α-Fe2O3 nanorody, monodisperzní α-Fe2O3 nanostruktury, mezopóry α-Fe2O3 nanomateriály atd.

3. Použité materiály pro snímání plynu Nano oxid zinečnatý (ZnO)
Oxid zinečnatý (ZnO)je typický povrchově řízený materiál citlivý na plyn.Plynový senzor na bázi ZnO má vysokou provozní teplotu a špatnou selektivitu, díky čemuž je mnohem méně rozšířený než nanoprášky SnO2 a Fe2O3.Proto je příprava nové struktury nanomateriálů ZnO, dopingová modifikace nano-ZnO pro snížení provozní teploty a zlepšení selektivity těžištěm výzkumu materiálů pro snímání plynu nano ZnO.

V současné době je vývoj monokrystalického nano-ZnO plynového snímacího prvku jedním z hraničních směrů, jako jsou ZnO monokrystalické nanorodové plynové senzory.

4. Použité materiály pro snímání plynu Nano oxid india (In2O3)
Oxid indium (In2O3)je nově vznikající polovodičový plyn snímající materiál typu n.Ve srovnání s SnO2, ZnO, Fe2O3 atd. má široký pásový rozdíl, malý odpor a vysokou katalytickou aktivitu a vysokou citlivost na CO a NO2.Porézní nanomateriály reprezentované nano In2O3 jsou jedním z posledních výzkumných ohnisek.Výzkumníci syntetizovali uspořádané mezoporézní materiály In2O3 pomocí replikace mezoporézního křemičitého templátu.Získané materiály mají dobrou stabilitu v rozmezí 450-650 °C, jsou tedy vhodné pro senzory plynů s vyššími provozními teplotami.Jsou citlivé na metan a lze je použít pro monitorování výbuchu související s koncentrací.

5. Použité materiály pro snímání plynu Nano Tungsten Oxide (WO3)
Nanočástice WO3je polovodičový materiál na bázi sloučeniny přechodného kovu, který byl široce studován a používán pro svou dobrou schopnost snímání plynu.Nano WO3 má stabilní struktury, jako jsou triklinické, monoklinické a ortorombické.Výzkumníci připravili nanočástice WO3 metodou nano-casting s použitím mezoporézního SiO2 jako šablony.Bylo zjištěno, že monoklinické nanočástice WO3 s průměrnou velikostí 5 nm mají lepší výkon při snímání plynu a páry senzorů získané elektroforetickou depozicí nanočástic WO3 Nízké koncentrace NO2 mají vysokou odezvu.

Homogenní distribuce nanoklastrů WO3 s hexagonální fází byla syntetizována iontoměničově-hydrotermální metodou.Výsledky testu citlivosti na plyn ukazují, že nanoklastrovaný plynový senzor WO3 má nízkou provozní teplotu, vysokou citlivost na aceton a trimethylamin a ideální dobu zotavení odezvy, což odhaluje dobré vyhlídky na použití materiálu.

6. Použité materiály pro snímání plynu Nano oxid titaničitý (TiO2)
Oxid titaničitý (TiO2)materiály pro snímání plynu mají výhody dobré tepelné stability a jednoduchého procesu přípravy a postupně se staly dalším horkým materiálem pro výzkumníky.V současné době se výzkum nano-TiO2 plynového senzoru zaměřuje na nanostrukturu a funkcionalizaci snímacích materiálů TiO2 pomocí nově vznikající nanotechnologie.Vědci například vyrobili dutá TiO2 vlákna v mikronanoměřítku technologií koaxiálního elektrostatického zvlákňování.Pomocí technologie předem smíchaného stojatého plamene je křížová elektroda opakovaně umístěna do předem smíchaného stagnujícího plamene s tetraisopropoxidem titaničitým jako prekurzorem a poté přímo pěstována za vzniku porézní membrány s nanočásticemi TiO2, která je citlivou odezvou na CO. Současně roste uspořádaný TiO2 pole nanotrubiček anodizací a aplikuje ji na detekci SO2.

7. Nanooxidové kompozity pro materiál snímající plyn
Vlastnosti snímání plynů u materiálů snímajících prášky nanooxidů kovů lze zlepšit dopováním, které nejen upravuje elektrickou vodivost materiálu, ale také zlepšuje stabilitu a selektivitu.Dopování prvků ušlechtilých kovů je běžnou metodou a prvky jako Au a Ag se často používají jako příměsi ke zlepšení výkonu snímání plynu nanopráškem oxidu zinečnatého.Nanooxidové kompozitní materiály pro snímání plynů zahrnují hlavně Pd dopovaný SnO2, Pt dopovaný γ-Fe2O3 a víceprvkový přidaný In2O3 snímací materiál dutých koulí, který lze realizovat řízením aditiv a snímací teploty pro realizaci selektivní detekce NH3, H2S a CO Kromě toho je nanofilm WO3 modifikován vrstvou V2O5, aby se zlepšila porézní povrchová struktura filmu WO3, čímž se zlepšila jeho citlivost na NO2.

V současné době se kompozity grafen/nano-oxid kovu staly aktivním bodem v materiálech plynových senzorů.Nanokompozity grafen/SnO2 byly široce používány jako materiály pro detekci amoniaku a snímání NO2.