Nanometallioksidipuolijohdekaasuantureita käytetään tärkeimpinä solid-state-kaasuantureina laajalti teollisessa tuotannossa, ympäristön seurannassa, terveydenhuollossa ja muilla aloilla niiden korkean herkkyyden, alhaisten valmistuskustannusten ja yksinkertaisen signaalin mittauksen vuoksi.Tällä hetkellä nanometallioksidia tunnistavien materiaalien kaasuntunnistusominaisuuksien parantamista koskeva tutkimus keskittyy pääasiassa nanomittakaavan metallioksidien, kuten nanorakenteen ja dopingmodifioinnin, kehittämiseen.

Nanometallioksidipuolijohdeanturimateriaaleja ovat pääasiassa SnO2, ZnO, Fe2O3,VO2, In2O3, WO3, TiO2 jne. Anturikomponentit ovat edelleen yleisimmin käytettyjä resistiivisiä kaasuantureita, myös ei-resistiivisiä kaasuantureita kehitetään entistä nopeammin.

Tällä hetkellä tutkimuksen pääsuunta on valmistaa strukturoituja nanomateriaaleja, joilla on suuri ominaispinta-ala, kuten nanoputkia, nanosauvaryhmiä, nanohuokoisia kalvoja jne. lisäämään kaasun adsorptiokykyä ja kaasun diffuusionopeutta ja siten parantamaan herkkyyttä ja vastenopeutta materiaalien kaasuun.Metallioksidin alkuaineseostuksella tai nanokomposiittijärjestelmän rakentamisella, lisätyllä lisäaineella tai komposiittikomponenteilla voi olla katalyyttinen rooli, ja niistä voi myös tulla apukantaja nanorakenteen rakentamisessa, mikä parantaa anturin yleistä kaasuntunnistuskykyä. materiaaleja.

1. Käytetyt kaasuntunnistusmateriaalit Nano Tin Oxide (SnO2)

Tinaoksidi (SnO2) on eräänlainen yleinen herkkä kaasuherkkä materiaali.Sillä on hyvä herkkyys kaasuille, kuten etanolille, H2S:lle ja CO:lle. Sen kaasuherkkyys riippuu hiukkaskoosta ja ominaispinta-alasta.SnO2-nanojauheen koon hallinta on avain kaasuherkkyyden parantamiseen.

Mesohuokoisten ja makrohuokoisten nanotinaoksidijauheiden perusteella tutkijat valmistivat paksukalvoantureita, joilla on korkeampi katalyyttinen aktiivisuus CO:n hapettumiselle, mikä tarkoittaa suurempaa kaasuntunnistusaktiivisuutta.Lisäksi nanohuokoisesta rakenteesta on tullut kuuma piste kaasua mittaavien materiaalien suunnittelussa sen suuren SSA:n, runsaan kaasudiffuusio- ja massasiirtokanavien ansiosta.

2. Käytetyt kaasuntunnistusmateriaalit Nano Iron Oxide (Fe2O3)

rautaoksidi (Fe2O3)on kaksi kidemuotoa: alfa ja gamma, joita molempia voidaan käyttää kaasua mittaavana materiaalina, mutta niiden kaasuntunnistusominaisuuksissa on suuria eroja.α-Fe2O3 kuuluu korundin rakenteeseen, jonka fysikaaliset ominaisuudet ovat vakaat.Sen kaasuntunnistusmekanismi on pintaohjattu ja sen herkkyys on alhainen.γ-Fe2O3 kuuluu spinellirakenteeseen ja on metastabiili.Sen kaasuntunnistusmekanismi on pääasiassa kehon vastuksen hallinta.Sillä on hyvä herkkyys, mutta huono vakaus, ja se on helppo vaihtaa α-Fe2O3:ksi ja vähentää kaasuherkkyyttä.

Nykyinen tutkimus keskittyy synteesiolosuhteiden optimointiin Fe2O3-nanohiukkasten morfologian säätelemiseksi ja sitten sopivien kaasuherkkien materiaalien, kuten α-Fe2O3-nanosuihkujen, huokoisten α-Fe2O3-nanosauvojen, monodispersisten α-Fe2O3-nanorakenteiden, mesohuokosten2α-Fe2O3, seulomiseen. nanomateriaalit jne.

3. Käytetyt kaasuntunnistusmateriaalit, nanosinkkioksidi (ZnO)
Sinkkioksidi (ZnO)on tyypillinen pintaohjattu kaasuherkkä materiaali.ZnO-pohjaisella kaasuanturilla on korkea käyttölämpötila ja huono selektiivisyys, minkä vuoksi sitä käytetään paljon vähemmän kuin SnO2- ja Fe2O3-nanojauheita.Siksi ZnO-nanomateriaalien uuden rakenteen valmistaminen, nano-ZnO:n dopingmuuntaminen käyttölämpötilan alentamiseksi ja selektiivisyyden parantamiseksi on nano-ZnO-kaasua tunnistavien materiaalien tutkimuksen painopiste.

Tällä hetkellä yksikiteisen nano-ZnO-kaasuanturielementin, kuten ZnO-yksikidenano-kaasuantureiden, kehittäminen on yksi rajasuunnista.

4. Käytetyt kaasuntunnistusmateriaalit Nanoindiumoksidi (In2O3)
Indiumoksidi (In2O3)on kehittymässä oleva n-tyypin puolijohdekaasua mittaava materiaali.Verrattuna SnO2:een, ZnO:een, Fe2O3:een jne., sillä on laaja kaistaväli, pieni resistiivisyys ja korkea katalyyttinen aktiivisuus sekä korkea herkkyys CO:lle ja NO2:lle.Huokoiset nanomateriaalit, joita edustaa nano In2O3, ovat yksi viimeaikaisista tutkimuskohteista.Tutkijat syntetisoivat tilattuja mesohuokoisia In2O3-materiaaleja mesohuokoisen piidioksiditemplaatin replikoinnin avulla.Saaduilla materiaaleilla on hyvä stabiilisuus alueella 450-650 °C, joten ne soveltuvat korkeampien käyttölämpötilojen kaasuantureille.Ne ovat herkkiä metaanille ja niitä voidaan käyttää pitoisuuteen liittyvien räjähdysten tarkkailuun.

5. Käytetyt kaasuntunnistusmateriaalit Nano Tungsten Oxide (WO3)
WO3-nanohiukkasiaon siirtymämetalliyhdisteinen puolijohdemateriaali, jota on tutkittu ja käytetty laajasti sen hyvän kaasuntunnistusominaisuuden vuoksi.Nano WO3:lla on vakaat rakenteet, kuten triklininen, monokliininen ja ortorombinen.Tutkijat valmistivat WO3-nanohiukkasia nanovalumenetelmällä käyttäen mesohuokoista SiO2:ta templaattina.Havaittiin, että monokliinisillä WO3-nanohiukkasilla, joiden keskikoko on 5 nm, on parempi kaasuntunnistuskyky ja WO3-nanohiukkasten elektroforeettisella pinnoituksella saaduilla anturipareilla Alhaisilla NO2-pitoisuuksilla on korkea vaste.

Kuusikulmaisen faasin WO3-nanoklusterien homogeeninen jakauma syntetisoitiin ioninvaihto-hydrotermisellä menetelmällä.Kaasuherkkyystestitulokset osoittavat, että WO3-nanoklusteroidulla kaasuanturilla on alhainen käyttölämpötila, korkea herkkyys asetonille ja trimetyyliamiinille ja ihanteellinen vasteaika, mikä paljastaa materiaalin hyvän käyttömahdollisuuden.

6. Käytetyt kaasuntunnistusmateriaalit, nanotitaanidioksidi (TiO2)
Titaanidioksidi (TiO2)Kaasuntunnistinmateriaalien etuna on hyvä lämmönkestävyys ja yksinkertainen valmistusprosessi, ja niistä on vähitellen tullut toinen kuuma materiaali tutkijoille.Tällä hetkellä nano-TiO2-kaasusensorin tutkimus keskittyy TiO2-antureiden nanorakenteeseen ja funktionalisointiin uusiutuvan nanoteknologian avulla.Esimerkiksi tutkijat ovat valmistaneet mikronanokokoisia onttoja TiO2-kuituja koaksiaalisella sähkökehräystekniikalla.Esisekoitetun seisovan liekin teknologiaa käyttämällä ristielektrodi asetetaan toistuvasti esisekoitettuun seisovaan liekkiin, jossa esiaste on titaanitetraisopropoksidi, ja kasvatetaan sitten suoraan huokoiseksi kalvoksi TiO2-nanohiukkasten kanssa, joka on herkkä vaste CO:lle. Samalla kasvaa tilattu TiO2. nanoputkimatriisin anodisoinnilla ja soveltaa sitä SO2:n havaitsemiseen.

7. Nanooksidikomposiitit kaasua mittaavalle materiaalille
Nanometallioksidijauheiden tunnistusmateriaalien kaasuntunnistusominaisuuksia voidaan parantaa dopingilla, joka ei ainoastaan ​​säädä materiaalin sähkönjohtavuutta, vaan myös parantaa stabiilisuutta ja selektiivisyyttä.Jalometallielementtien seostus on yleinen menetelmä, ja elementtejä, kuten Au ja Ag, käytetään usein seostusaineina parantamaan nanosinkkioksidijauheen kaasuntunnistuskykyä.Nanooksidikomposiittikaasun mittausmateriaaleja ovat pääasiassa Pd-seostettu SnO2, Pt-seostettu γ-Fe2O3 ja monielementtinen lisätty In2O3-ontto pallotunnistinmateriaali, joka voidaan toteuttaa ohjaamalla lisäaineita ja mittaamalla lämpötilaa NH3:n, H2S:n ja CO:n valinnaisen havaitsemisen toteuttamiseksi. Lisäksi WO3-nanokalvoa on modifioitu V2O5-kerroksella WO3-kalvon huokoisen pintarakenteen parantamiseksi, mikä parantaa sen herkkyyttä NO2:lle.

Tällä hetkellä grafeeni/nanometallioksidikomposiiteista on tullut hotspot kaasuanturimateriaaleissa.Grafeeni/SnO2-nanokomposiitteja on käytetty laajalti ammoniakin tunnistus- ja NO2-anturimateriaaleina.