Come principali sensori di gas a stato solido, i sensori di gas a semiconduttore di ossido di metallo nano sono ampiamente utilizzati nella produzione industriale, nel monitoraggio ambientale, nell'assistenza sanitaria e in altri campi per la loro elevata sensibilità, basso costo di produzione e semplice misurazione del segnale.Allo stato attuale, la ricerca sul miglioramento delle proprietà di rilevamento del gas dei materiali di rilevamento di ossidi metallici nano si concentra principalmente sullo sviluppo di ossidi metallici su scala nanometrica, come la modifica della nanostruttura e del drogaggio.

I materiali di rilevamento dei semiconduttori di ossido di metallo nano sono principalmente SnO2, ZnO, Fe2O3,VO2, In2O3, WO3, TiO2, ecc. I componenti del sensore sono ancora i sensori di gas resistivi più utilizzati, anche i sensori di gas non resistivi vengono sviluppati più rapidamente.

Attualmente, la principale direzione di ricerca è quella di preparare nanomateriali strutturati con un'ampia superficie specifica, come nanotubi, array di nanorod, membrane nanoporose, ecc. per aumentare la capacità di adsorbimento del gas e la velocità di diffusione del gas, e quindi migliorare la sensibilità e la velocità di risposta al gas dei materiali.Il drogaggio elementare dell'ossido di metallo, o la costruzione del sistema nanocomposito, il drogante introdotto o i componenti compositi possono svolgere un ruolo catalitico e possono anche diventare un supporto ausiliario per costruire la nanostruttura, migliorando così le prestazioni complessive di rilevamento del gas del rilevamento materiali.

1. Materiali di rilevamento del gas utilizzati Nano Tin Oxide (SnO2)

Ossido di stagno (SnO2) è una sorta di materiale sensibile al gas sensibile generale.Ha una buona sensibilità ai gas come etanolo, H2S e CO. La sua sensibilità ai gas dipende dalla dimensione delle particelle e dalla superficie specifica.Il controllo delle dimensioni della nanopolvere di SnO2 è la chiave per migliorare la sensibilità ai gas.

Sulla base di polveri di ossido di stagno nano mesoporoso e macroporoso, i ricercatori hanno preparato sensori a film spesso che hanno una maggiore attività catalitica per l'ossidazione della CO, il che significa una maggiore attività di rilevamento del gas.Inoltre, la struttura nanoporosa è diventata un punto caldo nella progettazione di materiali di rilevamento del gas grazie alla sua grande SSA, ai ricchi canali di diffusione del gas e di trasferimento di massa.

2. Materiali di rilevamento del gas utilizzati Ossido di ferro nano (Fe2O3)

Ossido di ferro (Fe2O3)ha due forme cristalline: alfa e gamma, entrambe utilizzabili come materiali di rilevamento del gas, ma le loro proprietà di rilevamento del gas presentano grandi differenze.α-Fe2O3 appartiene alla struttura del corindone, le cui proprietà fisiche sono stabili.Il suo meccanismo di rilevamento del gas è controllato in superficie e la sua sensibilità è bassa.γ-Fe2O3 appartiene alla struttura dello spinello ed è metastabile.Il suo meccanismo di rilevamento del gas è principalmente il controllo della resistenza del corpo. Ha una buona sensibilità ma scarsa stabilità ed è facile da cambiare in α-Fe2O3 e ridurre la sensibilità al gas.

L'attuale ricerca si concentra sull'ottimizzazione delle condizioni di sintesi per controllare la morfologia delle nanoparticelle Fe2O3, e quindi sullo screening di materiali sensibili ai gas idonei, come nanobeam α-Fe2O3, nanotubi porosi α-Fe2O3, nanostrutture monodisperse α-Fe2O3, mesopori α-Fe2O3 nanomateriali, ecc.

3. Materiali di rilevamento del gas utilizzati Ossido di zinco nano (ZnO)
Ossido di zinco (ZnO)è un tipico materiale sensibile ai gas a controllo superficiale.Il sensore di gas basato su ZnO ha un'elevata temperatura operativa e una scarsa selettività, il che lo rende molto meno utilizzato rispetto alle nanopolveri di SnO2 e Fe2O3.Pertanto, la preparazione di una nuova struttura di nanomateriali ZnO, la modifica del drogaggio di nano-ZnO per ridurre la temperatura operativa e migliorare la selettività è al centro della ricerca sui materiali di rilevamento del gas nano ZnO.

Allo stato attuale, lo sviluppo dell'elemento di rilevamento del gas nano-ZnO a cristallo singolo è una delle direzioni di frontiera, come i sensori di gas nanorod a cristallo singolo ZnO.

4. Materiali di rilevamento del gas utilizzati Nano Indium Oxide (In2O3)
Ossido di indio (In2O3)è un emergente materiale di rilevamento di gas semiconduttore di tipo n.Rispetto a SnO2, ZnO, Fe2O3, ecc., ha un'ampia banda proibita, una piccola resistività e un'elevata attività catalitica e un'elevata sensibilità a CO e NO2.I nanomateriali porosi rappresentati da nano In2O3 sono uno dei recenti punti caldi della ricerca.I ricercatori hanno sintetizzato materiali In2O3 mesoporosi ordinati mediante la replicazione del modello di silice mesoporosa.I materiali ottenuti hanno una buona stabilità nell'intervallo 450-650 °C, quindi sono adatti per sensori di gas con temperature di esercizio più elevate.Sono sensibili al metano e possono essere utilizzati per il monitoraggio delle esplosioni legate alla concentrazione.

5. Materiali di rilevamento del gas utilizzati Ossido di tungsteno nano (WO3)
Nanoparticelle WO3è un materiale semiconduttore composto di metalli di transizione che è stato ampiamente studiato e applicato per le sue buone proprietà di rilevamento del gas.Nano WO3 ha strutture stabili come triclina, monoclina e ortorombica.I ricercatori hanno preparato le nanoparticelle WO3 mediante il metodo della nanofusione utilizzando SiO2 mesoporoso come modello.È stato riscontrato che le nanoparticelle monocline WO3 con una dimensione media di 5 nm hanno migliori prestazioni di rilevamento del gas e le coppie di sensori ottenute mediante deposizione elettroforetica di nanoparticelle WO3. Basse concentrazioni di NO2 hanno una risposta elevata.

La distribuzione omogenea dei nanocluster di fase esagonale WO3 è stata sintetizzata mediante metodo idrotermale a scambio ionico.I risultati del test di sensibilità al gas mostrano che il sensore di gas a nanocluster WO3 ha una bassa temperatura operativa, un'elevata sensibilità all'acetone e alla trimetilammina e un tempo di recupero della risposta ideale, rivelando una buona prospettiva di applicazione del materiale.

6. Materiali di rilevamento del gas utilizzati Biossido di titanio nano (TiO2)
Biossido di titanio (TiO2)i materiali di rilevamento del gas hanno i vantaggi di una buona stabilità termica e di un semplice processo di preparazione e sono gradualmente diventati un altro materiale caldo per i ricercatori.Al momento, la ricerca sul sensore di gas nano-TiO2 si concentra sulla nanostruttura e la funzionalizzazione dei materiali di rilevamento del TiO2 utilizzando la nanotecnologia emergente.Ad esempio, i ricercatori hanno realizzato fibre di TiO2 cave su scala micro-nano mediante la tecnologia di elettrofilatura coassiale.Utilizzando la tecnologia a fiamma stagnante premiscelata, l'elettrodo incrociato viene ripetutamente posto in una fiamma stagnante premiscelata con tetraisopropossido di titanio come precursore, e quindi cresciuto direttamente per formare una membrana porosa con nanoparticelle di TiO2, che è una risposta sensibile alla CO. Contemporaneamente cresce il TiO2 ordinato matrice di nanotubi mediante anodizzazione e la applica alla rilevazione di SO2.

7. Compositi di nanoossido per materiale di rilevamento del gas
Le proprietà di rilevamento del gas dei materiali di rilevamento delle polveri di ossidi metallici nano possono essere migliorate mediante il drogaggio, che non solo regola la conduttività elettrica del materiale, ma migliora anche la stabilità e la selettività.Il drogaggio di elementi di metalli preziosi è un metodo comune e elementi come Au e Ag sono spesso usati come droganti per migliorare le prestazioni di rilevamento del gas della polvere di ossido di zinco nano.I materiali di rilevamento del gas composito di nanoossido includono principalmente SnO2 drogato con Pd, γ-Fe2O3 drogato con Pt e materiale di rilevamento a sfera cava In2O3 aggiunto a più elementi, che può essere realizzato controllando gli additivi e rilevando la temperatura per realizzare il rilevamento elettivo di NH3, H2S e CO Inoltre, il nano film WO3 viene modificato con uno strato di V2O5 per migliorare la struttura superficiale porosa del film WO3, migliorando così la sua sensibilità all'NO2.

Al momento, i compositi di grafene/ossido di nanometallo sono diventati un punto caldo nei materiali dei sensori di gas.I nanocompositi di grafene/SnO2 sono stati ampiamente utilizzati come materiali per il rilevamento dell'ammoniaca e per il rilevamento di NO2.