Sebagai sensor gas keadaan padat utama, sensor gas semikonduktor oksida logam nano banyak digunakan dalam produksi industri, pemantauan lingkungan, perawatan kesehatan, dan bidang lainnya karena sensitivitasnya yang tinggi, biaya produksi yang rendah, dan pengukuran sinyal yang sederhana.Saat ini, penelitian tentang peningkatan sifat penginderaan gas dari bahan penginderaan oksida logam nano terutama berfokus pada pengembangan oksida logam berskala nano, seperti struktur nano dan modifikasi doping.

Bahan penginderaan semikonduktor oksida logam nano terutama SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2, dll. Komponen sensor masih merupakan sensor gas resistif yang paling banyak digunakan, sensor gas non-resistif juga dikembangkan lebih cepat.

Saat ini, arah penelitian utama adalah menyiapkan bahan nano terstruktur dengan luas permukaan spesifik yang besar, seperti tabung nano, susunan nanorod, membran nanopori, dll. untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi gas dan laju difusi gas, sehingga meningkatkan sensitivitas dan kecepatan respons. untuk gas dari bahan.Doping unsur oksida logam, atau konstruksi sistem nanokomposit, komponen dopan atau komposit yang diperkenalkan dapat memainkan peran katalitik, dan juga dapat menjadi pembawa tambahan untuk membangun struktur nano, sehingga meningkatkan kinerja penginderaan gas secara keseluruhan dari penginderaan. bahan.

1. Bahan penginderaan gas menggunakan Nano Tin Oxide (SnO2)

Timah oksida (SnO2) adalah sejenis bahan sensitif gas sensitif umum.Ini memiliki kepekaan yang baik terhadap gas seperti etanol, H2S dan CO. Kepekaan gasnya tergantung pada ukuran partikel dan luas permukaan spesifik.Mengontrol ukuran nanopowder SnO2 adalah kunci untuk meningkatkan sensitivitas gas.

Berdasarkan bubuk oksida timah nano mesopori dan makropori, para peneliti menyiapkan sensor film tebal yang memiliki aktivitas katalitik lebih tinggi untuk oksidasi CO, yang berarti aktivitas penginderaan gas lebih tinggi.Selain itu, struktur nanopori telah menjadi hot spot dalam desain bahan penginderaan gas karena SSA-nya yang besar, difusi gas yang kaya, dan saluran perpindahan massa.

2. Bahan penginderaan gas menggunakan Nano Iron Oxide (Fe2O3)

Oksida besi (Fe2O3)memiliki dua bentuk kristal: alfa dan gamma, keduanya dapat digunakan sebagai bahan penginderaan gas, tetapi sifat penginderaan gas keduanya memiliki perbedaan besar.α-Fe2O3 termasuk dalam struktur korundum, yang sifat fisiknya stabil.Mekanisme penginderaan gasnya dikendalikan di permukaan, dan sensitivitasnya rendah.γ-Fe2O3 termasuk dalam struktur spinel dan bersifat metastabil.Mekanisme penginderaan gasnya terutama adalah kontrol ketahanan tubuh. Ini memiliki sensitivitas yang baik tetapi stabilitasnya buruk, dan mudah diubah menjadi α-Fe2O3 dan mengurangi sensitivitas gas.

Penelitian saat ini berfokus pada pengoptimalan kondisi sintesis untuk mengontrol morfologi partikel nano Fe2O3, dan kemudian menyaring bahan peka gas yang sesuai, seperti nanobeam α-Fe2O3, nanorod α-Fe2O3 berpori, struktur nano α-Fe2O3 monodisperse, mesopori α-Fe2O3 nanomaterial, dll.

3. Bahan penginderaan gas menggunakan Nano Zinc Oxide (ZnO)
Seng oksida (ZnO)adalah bahan peka gas yang dikontrol permukaan yang khas.Sensor gas berbasis ZnO memiliki suhu operasi yang tinggi dan selektivitas yang buruk, membuatnya jauh lebih sedikit digunakan daripada bubuk nano SnO2 dan Fe2O3.Oleh karena itu, penyusunan struktur baru material nano ZnO, modifikasi doping nano-ZnO untuk menurunkan suhu operasi dan meningkatkan selektivitas menjadi fokus penelitian material penginderaan gas nano ZnO.

Saat ini, pengembangan elemen penginderaan gas nano-ZnO kristal tunggal adalah salah satu arah terdepan, seperti sensor gas nanorod kristal tunggal ZnO.

4. Bahan penginderaan gas menggunakan Nano Indium Oxide (In2O3)
Indium oksida (In2O3)adalah bahan penginderaan gas semikonduktor tipe-n yang muncul.Dibandingkan dengan SnO2, ZnO, Fe2O3, dll., ia memiliki celah pita lebar, resistivitas kecil dan aktivitas katalitik tinggi, serta sensitivitas tinggi terhadap CO dan NO2.Nanomaterial berpori diwakili oleh nano In2O3 adalah salah satu hotspot penelitian baru-baru ini.Para peneliti mensintesis bahan In2O3 mesopori yang dipesan melalui replikasi templat silika mesopori.Bahan yang diperoleh memiliki stabilitas yang baik pada kisaran 450-650 °C, sehingga cocok untuk sensor gas dengan suhu operasi yang lebih tinggi.Mereka peka terhadap metana dan dapat digunakan untuk pemantauan ledakan terkait konsentrasi.

5. Bahan penginderaan gas menggunakan Nano Tungsten Oxide (WO3)
nanopartikel WO3adalah bahan semikonduktor senyawa logam transisi yang telah dipelajari dan diterapkan secara luas karena sifat penginderaan gasnya yang baik.Nano WO3 memiliki struktur yang stabil seperti triklinik, monoklinik dan ortorombik.Para peneliti menyiapkan nanopartikel WO3 dengan metode nano-casting menggunakan SiO2 mesopori sebagai template.Ditemukan bahwa nanopartikel WO3 monoklinik dengan ukuran rata-rata 5 nm memiliki kinerja penginderaan gas yang lebih baik, dan pasangan sensor yang diperoleh dengan pengendapan elektroforesis nanopartikel WO3 Konsentrasi rendah NO2 memiliki respons yang tinggi.

Distribusi homogen nanocluster WO3 fase heksagonal disintesis dengan metode pertukaran ion-hidrotermal.Hasil uji sensitivitas gas menunjukkan bahwa sensor gas nanoclustered WO3 memiliki suhu operasi rendah, sensitivitas tinggi terhadap aseton dan trimetilamina, dan waktu pemulihan respons yang ideal, mengungkapkan prospek aplikasi material yang baik.

6. Bahan penginderaan gas menggunakan Nano Titanium Dioxide (TiO2)
Titanium dioksida (TiO2)bahan penginderaan gas memiliki keunggulan stabilitas termal yang baik dan proses persiapan yang sederhana, dan secara bertahap menjadi bahan panas lainnya bagi para peneliti.Saat ini, penelitian tentang sensor gas nano-TiO2 berfokus pada struktur nano dan fungsionalisasi bahan penginderaan TiO2 dengan menggunakan nanoteknologi yang sedang berkembang.Misalnya, para peneliti telah membuat serat TiO2 berongga skala mikro-nano dengan teknologi electrospinning koaksial.Menggunakan teknologi api stagnan premixed, elektroda silang berulang kali ditempatkan dalam api stagnan premix dengan titanium tetraisopropoksida sebagai prekursor, dan kemudian langsung tumbuh untuk membentuk membran berpori dengan nanopartikel TiO2, yang merupakan respons sensitif terhadap CO. Secara bersamaan menumbuhkan TiO2 yang dipesan array nanotube dengan anodisasi dan menerapkannya pada deteksi SO2.

7. Komposit nano oksida untuk bahan penginderaan gas
Sifat penginderaan gas dari bahan penginderaan bubuk oksida logam nano dapat ditingkatkan dengan doping, yang tidak hanya menyesuaikan konduktivitas listrik material, tetapi juga meningkatkan stabilitas dan selektivitas.Doping elemen logam mulia adalah metode yang umum, dan elemen seperti Au dan Ag sering digunakan sebagai dopan untuk meningkatkan kinerja penginderaan gas bubuk nano seng oksida.Bahan penginderaan gas komposit nano oksida terutama meliputi Pd doped SnO2, Pt-doped γ-Fe2O3, dan bahan penginderaan bola berongga In2O3 yang ditambahkan multi-elemen, yang dapat direalisasikan dengan mengontrol aditif dan suhu penginderaan untuk mewujudkan deteksi elektif NH3, H2S dan CO Selain itu, film nano WO3 dimodifikasi dengan lapisan V2O5 untuk memperbaiki struktur permukaan berpori film WO3, sehingga meningkatkan sensitivitasnya terhadap NO2.

Saat ini, komposit graphene/nano-metal oksida telah menjadi hotspot dalam material sensor gas.Nanokomposit Graphene/SnO2 telah banyak digunakan sebagai bahan pendeteksi amonia dan penginderaan NO2.