به عنوان سنسورهای اصلی گاز حالت جامد، حسگرهای گاز نیمه هادی اکسید فلزی نانو به طور گسترده در تولید صنعتی، نظارت بر محیط زیست، مراقبت های بهداشتی و سایر زمینه ها به دلیل حساسیت بالا، هزینه ساخت پایین و اندازه گیری سیگنال ساده استفاده می شوند.در حال حاضر، تحقیقات در مورد بهبود خواص حسگر گاز مواد حسگر نانو اکسید فلزی عمدتاً بر توسعه اکسیدهای فلزی در مقیاس نانو مانند نانوساختار و اصلاح دوپینگ متمرکز است.

مواد حساس نیمه هادی اکسید فلزی نانو عمدتاً SnO2، ZnO، Fe2O3، VO2، In2O3، WO3، TiO2 و غیره هستند.

در حال حاضر، هدف اصلی تحقیق، تهیه نانومواد ساختار یافته با سطح ویژه بزرگ مانند نانولوله‌ها، آرایه‌های نانومیله، غشاهای نانومتخلخل و غیره است تا ظرفیت جذب گاز و سرعت انتشار گاز را افزایش داده و در نتیجه حساسیت و سرعت پاسخ را بهبود بخشد. به گاز مواددوپینگ عنصری اکسید فلز، یا ساخت سیستم نانوکامپوزیت، ناخالصی یا اجزای مرکب معرفی‌شده می‌تواند نقش کاتالیزوری داشته باشد و همچنین می‌تواند به حامل کمکی برای ساختن نانوساختار تبدیل شود و در نتیجه عملکرد کلی حسگر گاز را بهبود بخشد. مواد.

1. مواد حسگر گاز مورد استفاده از نانو اکسید قلع (SnO2)

اکسید قلع (SnO2) نوعی ماده حساس عمومی به گاز است.حساسیت خوبی به گازهایی مانند اتانول، H2S و CO دارد. حساسیت گاز آن به اندازه ذرات و سطح ویژه بستگی دارد.کنترل اندازه نانوپودر SnO2 کلید بهبود حساسیت گاز است.

بر اساس پودرهای نانو اکسید قلع مزو متخلخل و ماکرو متخلخل، محققان حسگرهای لایه ضخیم را تهیه کردند که فعالیت کاتالیزوری بالاتری برای اکسیداسیون CO دارند که به معنای فعالیت حسگر گاز بالاتر است.علاوه بر این، ساختار نانومتخلخل به دلیل SSA بزرگ، انتشار گاز غنی و کانال‌های انتقال جرم، به یک نقطه داغ در طراحی مواد حسگر گاز تبدیل شده است.

2. مواد حسگر گاز استفاده شده از نانو اکسید آهن (Fe2O3)

اکسید آهن (Fe2O3)دارای دو شکل کریستالی آلفا و گاما است که از هر دو می توان به عنوان مواد حسگر گاز استفاده کرد، اما خواص حسگر گاز آنها تفاوت های زیادی دارد.α-Fe2O3 متعلق به ساختار کوراندوم است که خواص فیزیکی آن پایدار است.مکانیسم سنجش گاز آن سطحی کنترل می شود و حساسیت آن کم است.γ-Fe2O3 متعلق به ساختار اسپینل است و غیر پایدار است.مکانیسم سنجش گاز آن عمدتاً کنترل مقاومت بدن است. حساسیت خوب اما پایداری ضعیفی دارد و به راحتی به α-Fe2O3 تغییر می کند و حساسیت گاز را کاهش می دهد.

پژوهش حاضر بر بهینه سازی شرایط سنتز برای کنترل مورفولوژی نانوذرات Fe2O3 و سپس غربالگری برای مواد حساس به گاز مناسب، مانند نانوپرتوهای α-Fe2O3، نانومیله های متخلخل α-Fe2O3، نانوساختارهای تک پراکنده α-Fe2O3، مزوپورهای α-Fe2O3 تمرکز دارد. نانومواد و غیره

3. مواد حسگر گاز مورد استفاده نانو اکسید روی (ZnO)
اکسید روی (ZnO)یک ماده معمولی حساس به گاز با سطح کنترل است.سنسور گاز مبتنی بر ZnO دارای دمای عملیاتی بالا و گزینش پذیری ضعیفی است که باعث می شود نسبت به نانوپودرهای SnO2 و Fe2O3 بسیار کمتر مورد استفاده قرار گیرد.بنابراین، آماده‌سازی ساختار جدید نانومواد ZnO، اصلاح دوپینگ نانو ZnO برای کاهش دمای عملیاتی و بهبود گزینش‌پذیری، تمرکز تحقیقات بر روی نانو مواد حسگر گاز ZnO است.

در حال حاضر، توسعه عنصر سنجش گاز تک کریستالی نانو اکسید روی یکی از جهت‌های مرزی است، مانند سنسورهای گاز نانومیله تک کریستالی ZnO.

4. مواد حسگر گاز استفاده شده از نانو اکسید ایندیم (In2O3)
اکسید ایندیم (In2O3)یک ماده حسگر گاز نیمه هادی نوع n نوظهور است.در مقایسه با SnO2، ZnO، Fe2O3 و غیره، دارای شکاف باند وسیع، مقاومت کم و فعالیت کاتالیزوری بالا و حساسیت بالا به CO و NO2 است.نانومواد متخلخل که با نانو In2O3 نشان داده شده اند، یکی از کانون های تحقیقاتی اخیر هستند.محققان مواد In2O3 مزو متخلخل سفارش داده شده را با استفاده از تکثیر الگوی سیلیسی مزوپور سنتز کردند.مواد به دست آمده در محدوده 450-650 درجه سانتیگراد پایداری خوبی دارند، بنابراین برای سنسورهای گاز با دمای عملیاتی بالاتر مناسب هستند.آنها به متان حساس هستند و می توانند برای نظارت بر انفجار مربوط به غلظت استفاده شوند.

5. مواد حسگر گاز مورد استفاده از نانو اکسید تنگستن (WO3)
نانو ذرات WO3یک ماده نیمه هادی ترکیبی فلزی واسطه است که به دلیل خاصیت حسگر گاز خوب آن به طور گسترده مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته است.نانو WO3 دارای ساختارهای پایداری مانند تری کلینیک، مونوکلینیک و ارتورومبیک است.محققان نانوذرات WO3 را به روش نانوریخته گری با استفاده از SiO2 مزوپور به عنوان الگو تهیه کردند.مشخص شد که نانوذرات مونوکلینیک WO3 با اندازه متوسط ​​5 نانومتر عملکرد حسگر گاز بهتری دارند و جفت‌های حسگر به‌دست‌آمده از رسوب الکتروفورتیک نانوذرات WO3 غلظت‌های پایین NO2 پاسخ بالایی دارند.

توزیع همگن نانو خوشه های فاز شش ضلعی WO3 به روش تبادل یونی- گرمابی سنتز شد.نتایج تست حساسیت گاز نشان می‌دهد که حسگر گاز نانوخوشه‌ای WO3 دارای دمای عملیاتی پایین، حساسیت بالا به استون و تری متیل آمین و زمان بازیابی پاسخ ایده‌آل است که چشم‌انداز کاربردی خوبی از این ماده را نشان می‌دهد.

6. مواد حسگر گاز مورد استفاده نانو دی اکسید تیتانیوم (TiO2)
دی اکسید تیتانیوم (TiO2)مواد حسگر گاز دارای مزایای پایداری حرارتی خوب و فرآیند آماده سازی ساده هستند و به تدریج تبدیل به ماده داغ دیگری برای محققان شده اند.در حال حاضر، تحقیقات روی حسگر گاز نانو TiO2 بر روی نانوساختار و عامل‌سازی مواد حسگر TiO2 با استفاده از فناوری نانو در حال ظهور تمرکز دارد.به عنوان مثال، محققان الیاف TiO2 توخالی در مقیاس میکرو نانو را با فناوری الکتروریسی کواکسیال ساخته اند.با استفاده از فناوری شعله راکد پیش اختلاط، الکترود متقاطع به طور مکرر در یک شعله راکد از پیش مخلوط شده با تترا ایزوپرواکسید تیتانیوم به عنوان پیش‌ساز قرار داده می‌شود و سپس مستقیماً رشد می‌کند تا غشای متخلخل با نانوذرات TiO2 را تشکیل دهد که پاسخ حساس به CO است. همزمان TiO2 سفارش‌شده را رشد می‌دهد. آرایه نانولوله با آندایزاسیون و آن را برای تشخیص SO2 اعمال می کند.

7. کامپوزیت های نانو اکسید برای مواد حسگر گاز
خواص حسگر گاز مواد حساس به پودر اکسیدهای فلزی نانو را می توان با دوپینگ بهبود بخشید که نه تنها رسانایی الکتریکی ماده را تنظیم می کند، بلکه ثبات و گزینش پذیری را نیز بهبود می بخشد.دوپینگ عناصر فلزی گرانبها یک روش رایج است و عناصری مانند طلا و نقره اغلب به عنوان ناخالصی برای بهبود عملکرد سنجش گاز پودر اکسید روی نانو استفاده می شود.مواد حسگر گاز کامپوزیت نانو اکسید عمدتاً شامل SnO2 دوپ شده با Pd، γ-Fe2O3 با پلاتین دوپ شده و مواد حسگر کره توخالی In2O3 اضافه شده با چند عنصر هستند که می‌توانند با کنترل افزودنی‌ها و سنجش دما برای تشخیص انتخابی NH3، H2S و CO محقق شوند. علاوه بر این، نانو فیلم WO3 با یک لایه V2O5 اصلاح شده است تا ساختار سطح متخلخل فیلم WO3 را بهبود بخشد و در نتیجه حساسیت آن به NO2 را بهبود بخشد.

در حال حاضر، کامپوزیت‌های گرافن/نانو اکسید فلز به یک نقطه داغ در مواد حسگر گاز تبدیل شده‌اند.نانوکامپوزیت های گرافن/SnO2 به طور گسترده ای به عنوان مواد تشخیص آمونیاک و حسگر NO2 مورد استفاده قرار گرفته اند.