Kao glavni plinski senzori u čvrstom stanju, poluvodički plinski senzori nanometalnog oksida naširoko se koriste u industrijskoj proizvodnji, nadzoru okoliša, zdravstvenoj skrbi i drugim poljima zbog svoje visoke osjetljivosti, niske cijene proizvodnje i jednostavnog mjerenja signala.Trenutačno se istraživanje o poboljšanju svojstava senzora plina kod materijala za senzore nanometalnih oksida uglavnom fokusira na razvoj metalnih oksida na nanomjernoj razini, kao što su nanostruktura i modifikacija dopinga.

Nanometalni oksidni poluvodički senzorski materijali uglavnom su SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2, itd. Komponente senzora su još uvijek najčešće korišteni otpornički senzori za plin, a senzori za plinove bez otpora također se brže razvijaju.

Trenutačno je glavni smjer istraživanja pripremanje strukturiranih nanomaterijala s velikom specifičnom površinom, kao što su nanocijevi, nizovi nanoštapića, nanoporozne membrane itd. kako bi se povećao kapacitet adsorpcije plina i brzina difuzije plina, a time i poboljšala osjetljivost i brzina odgovora na plin materijala.Elementarno dopiranje metalnog oksida ili konstrukcija nanokompozitnog sustava, uvedeni dopant ili kompozitne komponente mogu imati katalitičku ulogu, a također mogu postati pomoćni nosač za konstrukciju nanostrukture, čime se poboljšava ukupna izvedba senzora plina. materijala.

1. Korišteni materijali za senzore plina Nano kositar oksid (SnO2)

Kositar oksid (SnO2) je vrsta općenito osjetljivog materijala osjetljivog na plin.Ima dobru osjetljivost na plinove kao što su etanol, H2S i CO. Njegova osjetljivost na plin ovisi o veličini čestica i specifičnoj površini.Kontrola veličine nanopraha SnO2 ključna je za poboljšanje osjetljivosti na plin.

Na temelju mezoporoznih i makroporoznih prahova nanokositrenog oksida, istraživači su pripremili senzore debelog filma koji imaju veću katalitičku aktivnost za oksidaciju CO, što znači veću aktivnost detekcije plina.Osim toga, nanoporozna struktura je postala vruća točka u dizajnu materijala za senzore plina zbog svoje velike SSA, bogate difuzije plina i kanala za prijenos mase.

2. Korišteni materijali za senzore plina Nano željezni oksid (Fe2O3)

Željezni oksid (Fe2O3)ima dva kristalna oblika: alfa i gama, od kojih se oba mogu koristiti kao materijali za senzore plina, ali njihova svojstva senzora plina imaju velike razlike.α-Fe2O3 pripada strukturi korunda, čija su fizikalna svojstva stabilna.Njegov mehanizam za detekciju plina površinski je kontroliran, a njegova je osjetljivost niska.γ-Fe2O3 pripada spinelnoj strukturi i metastabilan je.Njegov mehanizam za senzor plina uglavnom je kontrola otpora tijela. Ima dobru osjetljivost, ali lošu stabilnost i lako ga je promijeniti u α-Fe2O3 i smanjiti osjetljivost na plin.

Trenutačno istraživanje usmjereno je na optimizaciju uvjeta sinteze za kontrolu morfologije nanočestica Fe2O3, a zatim na traženje odgovarajućih materijala osjetljivih na plin, kao što su nanozrake α-Fe2O3, porozne nanošipke α-Fe2O3, monodisperzne nanostrukture α-Fe2O3, mezopore α-Fe2O3 nanomaterijala itd.

3. Korišteni materijali za senzore plina Nano cinkov oksid (ZnO)
Cinkov oksid (ZnO)je tipičan površinski kontrolirani materijal osjetljiv na plin.Plinski senzor na bazi ZnO ima visoku radnu temperaturu i slabu selektivnost, što ga čini daleko manje korištenim od nanoprahova SnO2 i Fe2O3.Stoga je priprema nove strukture ZnO nanomaterijala, modifikacija dopinga nano-ZnO radi smanjenja radne temperature i poboljšanja selektivnosti u fokusu istraživanja nano ZnO materijala za senzore plina.

Trenutačno je razvoj monokristalnih nano-ZnO plinskih senzora jedan od graničnih pravaca, kao što su ZnO monokristalni nanoštapni plinski senzori.

4. Korišteni materijali za senzore plina Nano indijev oksid (In2O3)
Indijev oksid (In2O3)je novi n-tip poluvodičkog materijala za senzor plina.U usporedbi sa SnO2, ZnO, Fe2O3, itd., ima široki zabranjeni pojas, mali otpor i visoku katalitičku aktivnost te visoku osjetljivost na CO i NO2.Porozni nanomaterijali predstavljeni nano In2O3 jedno su od novijih žarišta istraživanja.Istraživači su sintetizirali uređene mezoporozne In2O3 materijale pomoću replikacije mezoporoznog silicijevog dioksida.Dobiveni materijali imaju dobru stabilnost u rasponu od 450-650 °C, pa su pogodni za plinske senzore s višim radnim temperaturama.Osjetljivi su na metan i mogu se koristiti za praćenje eksplozija ovisno o koncentraciji.

5. Korišteni materijali za senzore plina Nano volframov oksid (WO3)
WO3 nanočesticeje poluvodički materijal spoja prijelaznog metala koji je naširoko proučavan i primijenjen zbog svog svojstva dobrog senzora plina.Nano WO3 ima stabilne strukture kao što su triklinske, monoklinske i ortorombske.Istraživači su pripremili nanočestice WO3 metodom nano-lijevanja koristeći mezoporozni SiO2 kao šablon.Utvrđeno je da monokliničke nanočestice WO3 s prosječnom veličinom od 5 nm imaju bolju izvedbu detekcije plina, a senzorski parovi dobiveni elektroforetskim taloženjem nanočestica WO3 Niske koncentracije NO2 imaju visok odziv.

Homogena distribucija nanoklastera heksagonalne faze WO3 sintetizirana je hidrotermalnom metodom ionske izmjene.Rezultati testa osjetljivosti na plin pokazuju da nanoklasterirani plinski senzor WO3 ima nisku radnu temperaturu, visoku osjetljivost na aceton i trimetilamin i idealno vrijeme oporavka odgovora, otkrivajući dobre izglede za primjenu materijala.

6. Korišteni materijali za senzore plina Nano titan dioksid (TiO2)
Titanijev dioksid (TiO2)materijali za senzore plina imaju prednosti dobre toplinske stabilnosti i jednostavnog postupka pripreme te su postupno postali još jedan vrući materijal za istraživače.Trenutačno se istraživanje nano-TiO2 plinskog senzora usredotočuje na nanostrukturu i funkcionalizaciju TiO2 senzorskih materijala korištenjem nanotehnologije u nastajanju.Na primjer, istraživači su izradili šuplja TiO2 vlakna u mikro-nano razmjerima tehnologijom koaksijalnog elektropredenja.Koristeći tehnologiju prethodno pomiješanog ustajalog plamena, križna elektroda se opetovano stavlja u prethodno izmiješan ustajali plamen s titanijevim tetraizopropoksidom kao prekursorom, a zatim se izravno uzgaja kako bi se formirala porozna membrana s nanočesticama TiO2, što je osjetljiv odgovor na CO. Istovremeno raste uređeni TiO2 niz nanocijevi anodizacijom i primjenjuje ga za detekciju SO2.

7. Nano oksidni kompoziti za materijal za senzor plina
Svojstva senzora plina materijala za senzore praha nanometalnih oksida mogu se poboljšati dopiranjem, koje ne samo da prilagođava električnu vodljivost materijala, već također poboljšava stabilnost i selektivnost.Dopiranje elemenata od plemenitih metala uobičajena je metoda, a elementi kao što su Au i Ag često se koriste kao dopanti za poboljšanje detekcije plina nano praha cinkovog oksida.Nanooksidni kompozitni materijali za senzore plina uglavnom uključuju SnO2 dopiran Pd, γ-Fe2O3 dopiran Pt i materijal za senzore šuplje sfere In2O3 s dodatkom više elemenata, koji se može realizirati kontrolom aditiva i temperature senzora kako bi se ostvarila izborna detekcija NH3, H2S i CO Osim toga, WO3 nano film modificiran je slojem V2O5 kako bi se poboljšala porozna površinska struktura WO3 filma, čime se poboljšava njegova osjetljivost na NO2.

Trenutno su grafen/nano-metalni oksidni kompoziti postali vruća točka u materijalima za plinske senzore.Grafen/SnO2 nanokompoziti naširoko su korišteni kao materijali za detekciju amonijaka i senzore NO2.