Ως κύριοι αισθητήρες αερίων στερεάς κατάστασης, οι αισθητήρες αερίων ημιαγωγών νανοξειδίου μετάλλου χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος, την υγειονομική περίθαλψη και άλλους τομείς για την υψηλή ευαισθησία, το χαμηλό κόστος κατασκευής και την απλή μέτρηση σήματος.Προς το παρόν, η έρευνα για τη βελτίωση των ιδιοτήτων αίσθησης αερίων των υλικών ανίχνευσης νανοξειδίου μετάλλων επικεντρώνεται κυρίως στην ανάπτυξη οξειδίων μετάλλων σε νανοκλίμακα, όπως η νανοδομή και η τροποποίηση ντόπινγκ.

Τα υλικά ανίχνευσης ημιαγωγών νανοξειδίου μετάλλου είναι κυρίως SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2, κ.λπ.

Προς το παρόν, η κύρια ερευνητική κατεύθυνση είναι να προετοιμαστούν δομημένα νανοϋλικά με μεγάλη ειδική επιφάνεια, όπως νανοσωλήνες, συστοιχίες νανοράβδων, νανοπορώδεις μεμβράνες κ.λπ. για την αύξηση της ικανότητας προσρόφησης αερίου και του ρυθμού διάχυσης του αερίου, και συνεπώς τη βελτίωση της ευαισθησίας και της ταχύτητας απόκρισης στο αέριο των υλικών.Το στοιχειακό ντόπινγκ του οξειδίου μετάλλου, ή η κατασκευή του νανοσύνθετου συστήματος, τα εισαγόμενα πρόσθετα ή σύνθετα συστατικά μπορούν να παίξουν καταλυτικό ρόλο και μπορούν επίσης να γίνουν βοηθητικός φορέας για την κατασκευή της νανοδομής, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση ανίχνευσης αερίου του αισθητήρα υλικά.

1. Υλικά ανίχνευσης αερίων που χρησιμοποιούνται Νανοοξείδιο κασσίτερου (SnO2)

Οξείδιο του κασσιτέρου (SnO2) είναι ένα είδος γενικά ευαίσθητου υλικού ευαίσθητου στα αέρια.Έχει καλή ευαισθησία σε αέρια όπως η αιθανόλη, το H2S και το CO. Η ευαισθησία του στα αέρια εξαρτάται από το μέγεθος των σωματιδίων και την ειδική επιφάνεια.Ο έλεγχος του μεγέθους της νανοσκόνης SnO2 είναι το κλειδί για τη βελτίωση της ευαισθησίας στα αέρια.

Με βάση τις μεσοπορώδεις και μακροπορώδεις σκόνες νανοξειδίου του κασσιτέρου, οι ερευνητές παρασκεύασαν αισθητήρες παχιάς μεμβράνης που έχουν υψηλότερη καταλυτική δραστηριότητα για οξείδωση CO, που σημαίνει υψηλότερη δραστηριότητα ανίχνευσης αερίων.Επιπλέον, η νανοπορώδης δομή έχει γίνει ένα καυτό σημείο στο σχεδιασμό υλικών ανίχνευσης αερίων λόγω του μεγάλου SSA, των πλούσιων καναλιών διάχυσης αερίου και μεταφοράς μάζας.

2. Υλικά ανίχνευσης αερίων που χρησιμοποιούνται Νανοοξείδιο σιδήρου (Fe2O3)

Οξείδιο του σιδήρου (Fe2O3)έχει δύο κρυσταλλικές μορφές: άλφα και γάμμα, και οι δύο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά ανίχνευσης αερίων, αλλά οι ιδιότητες αίσθησης αερίων τους έχουν μεγάλες διαφορές.Το α-Fe2O3 ανήκει στη δομή του κορουνδίου, του οποίου οι φυσικές ιδιότητες είναι σταθερές.Ο μηχανισμός ανίχνευσης αερίων είναι επιφανειακά ελεγχόμενος και η ευαισθησία του είναι χαμηλή.Το γ-Fe2O3 ανήκει στη δομή του σπινελίου και είναι μετασταθερό.Ο μηχανισμός ανίχνευσης αερίων είναι κυρίως έλεγχος της αντίστασης του σώματος. Έχει καλή ευαισθησία αλλά κακή σταθερότητα και είναι εύκολο να αλλάξει σε α-Fe2O3 και να μειώσει την ευαισθησία στα αέρια.

Η τρέχουσα έρευνα επικεντρώνεται στη βελτιστοποίηση των συνθηκών σύνθεσης για τον έλεγχο της μορφολογίας των νανοσωματιδίων Fe2O3 και στη συνέχεια στην εξέταση για κατάλληλα ευαίσθητα σε αέρια υλικά, όπως νανοδέσμες α-Fe2O3, πορώδεις νανοράβδοι α-Fe2O3, νανοδομές α-Fe2O3 μονοδιασποράς, μεσοπόροι α-Fe2O3 νανοϋλικά κ.λπ.

3. Υλικά ανίχνευσης αερίων που χρησιμοποιούνται Νανοξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO)
Οξείδιο ψευδαργύρου (ZnO)είναι ένα τυπικό επιφανειακά ελεγχόμενο ευαίσθητο στο αέριο υλικό.Ο αισθητήρας αερίου με βάση το ZnO έχει υψηλή θερμοκρασία λειτουργίας και κακή επιλεκτικότητα, καθιστώντας τον πολύ λιγότερο ευρέως χρησιμοποιούμενο από τις νανοσκόνες SnO2 και Fe2O3.Ως εκ τούτου, η προετοιμασία της νέας δομής των νανοϋλικών ZnO, η τροποποίηση ντόπινγκ του νανο-ZnO για τη μείωση της θερμοκρασίας λειτουργίας και τη βελτίωση της επιλεκτικότητας είναι το επίκεντρο της έρευνας σε υλικά ανίχνευσης αερίων νανο ZnO.

Επί του παρόντος, η ανάπτυξη ενός στοιχείου ανίχνευσης αερίου νανο-ZnO μονοκρυστάλλου είναι μία από τις συνοριακές κατευθύνσεις, όπως οι αισθητήρες αερίου νανοράβδου μονοκρυστάλλου ZnO.

4. Χρησιμοποιούνται υλικά ανίχνευσης αερίων Νανοοξείδιο του ινδίου (In2O3)
Οξείδιο του ινδίου (In2O3)είναι ένα αναδυόμενο υλικό αίσθησης αερίων ημιαγωγού τύπου n.Σε σύγκριση με τα SnO2, ZnO, Fe2O3 κ.λπ., έχει μεγάλο διάκενο ζώνης, μικρή ειδική αντίσταση και υψηλή καταλυτική δραστηριότητα και υψηλή ευαισθησία σε CO και NO2.Τα πορώδη νανοϋλικά που αντιπροσωπεύονται από το νανο In2O3 είναι ένα από τα πρόσφατα ερευνητικά hotspot.Οι ερευνητές συνέθεσαν παραγγελθέντα μεσοπορώδη υλικά In2O3 μέσω αντιγραφής προτύπου μεσοπορώδους πυριτίου.Τα υλικά που λαμβάνονται έχουν καλή σταθερότητα στην περιοχή 450-650 °C, επομένως είναι κατάλληλα για αισθητήρες αερίων με υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας.Είναι ευαίσθητα στο μεθάνιο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παρακολούθηση εκρήξεων που σχετίζονται με τη συγκέντρωση.

5. Υλικά ανίχνευσης αερίων που χρησιμοποιούνται Νανο Οξείδιο του βολφραμίου (WO3)
νανοσωματίδια WO3είναι ένα ημιαγωγικό υλικό σύνθετων μετάλλων μετάπτωσης που έχει μελετηθεί και εφαρμοστεί ευρέως για την καλή του ιδιότητα αίσθησης αερίου.Το Nano WO3 έχει σταθερές δομές όπως τρικλινικές, μονοκλινικές και ορθορομβικές.Οι ερευνητές παρασκεύασαν νανοσωματίδια WO3 με μέθοδο νανο-χύτευσης χρησιμοποιώντας μεσοπορώδες SiO2 ως πρότυπο.Βρέθηκε ότι τα μονοκλινικά νανοσωματίδια WO3 με μέσο μέγεθος 5 nm έχουν καλύτερη απόδοση ανίχνευσης αερίου και τα ζεύγη αισθητήρων που λαμβάνονται με ηλεκτροφορητική εναπόθεση νανοσωματιδίων WO3 Οι χαμηλές συγκεντρώσεις NO2 έχουν υψηλή απόκριση.

Η ομοιογενής κατανομή των νανοσυμπλεγμάτων WO3 εξαγωνικής φάσης συντέθηκε με ιοντοανταλλαγή-υδροθερμική μέθοδο.Τα αποτελέσματα της δοκιμής ευαισθησίας αερίου δείχνουν ότι ο νανοσυμπλεγμένος αισθητήρας αερίου WO3 έχει χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας, υψηλή ευαισθησία στην ακετόνη και την τριμεθυλαμίνη και ιδανικό χρόνο ανάκτησης απόκρισης, αποκαλύπτοντας μια καλή προοπτική εφαρμογής του υλικού.

6. Χρησιμοποιούνται υλικά ανίχνευσης αερίων Νανοδιοξείδιο του τιτανίου (TiO2)
Διοξείδιο του τιτανίου (TiO2)Τα υλικά ανίχνευσης αερίων έχουν τα πλεονεκτήματα της καλής θερμικής σταθερότητας και της απλής διαδικασίας προετοιμασίας και έχουν γίνει σταδιακά ένα άλλο καυτό υλικό για τους ερευνητές.Προς το παρόν, η έρευνα για τον αισθητήρα αερίου nano-TiO2 επικεντρώνεται στη νανοδομή και στη λειτουργικότητα των ανιχνευτικών υλικών TiO2 χρησιμοποιώντας αναδυόμενη νανοτεχνολογία.Για παράδειγμα, οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει κοίλες ίνες TiO2 σε μικρο-νανοκλίμακα με τεχνολογία ομοαξονικής ηλεκτροϊνοποίησης.Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία προαναμεμιγμένης στάσιμης φλόγας, το σταυρό ηλεκτρόδιο τοποθετείται επανειλημμένα σε προαναμεμιγμένη στάσιμη φλόγα με πρόδρομο τετραϊσοπροποξείδιο τιτανίου και στη συνέχεια αναπτύσσεται απευθείας για να σχηματίσει μια πορώδη μεμβράνη με νανοσωματίδια TiO2, η οποία είναι ευαίσθητη απόκριση στο CO. Ταυτόχρονα αναπτύσσεται το παραγγελθέν TiO2 συστοιχία νανοσωλήνων με ανοδίωση και την εφαρμόζει στην ανίχνευση του SO2.

7. Σύνθετα νανοξείδια για υλικό ανίχνευσης αερίων
Οι ιδιότητες αίσθησης αερίου των ανιχνευτικών υλικών νανοξειδίων μετάλλων μπορούν να βελτιωθούν με ντόπινγκ, το οποίο όχι μόνο ρυθμίζει την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού, αλλά βελτιώνει επίσης τη σταθερότητα και την επιλεκτικότητα.Το ντόπινγκ στοιχείων από πολύτιμα μέταλλα είναι μια κοινή μέθοδος και στοιχεία όπως το Au και το Ag χρησιμοποιούνται συχνά ως πρόσμικτες για τη βελτίωση της απόδοσης αίσθησης αερίου της σκόνης νανοξειδίου του ψευδαργύρου.Τα σύνθετα υλικά ανίχνευσης αερίου νανοοξειδίου περιλαμβάνουν κυρίως Pd ντοπαρισμένο SnO2, γ-Fe2O3 με πρόσμειξη Pt και υλικό ανίχνευσης κοίλης σφαίρας με προσθήκη πολλαπλών στοιχείων In2O3, το οποίο μπορεί να πραγματοποιηθεί με τον έλεγχο πρόσθετων και την ανίχνευση θερμοκρασίας για την πραγματοποίηση εκλεκτικής ανίχνευσης NH3, H2S και CO Επιπλέον, το νανοφιλμ WO3 τροποποιείται με ένα στρώμα V2O5 για να βελτιωθεί η πορώδης επιφανειακή δομή του φιλμ WO3, βελτιώνοντας έτσι την ευαισθησία του στο NO2.

Προς το παρόν, τα σύνθετα υλικά γραφενίου/νανοξειδίου μετάλλου έχουν γίνει hotspot σε υλικά αισθητήρων αερίων.Τα νανοσύνθετα γραφένιο/SnO2 έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως ως υλικά ανίχνευσης αμμωνίας και ανίχνευσης NO2.