Come principali sensori di gas a stato solido, i sensori di gas a semiconduttore di ossido di nano in metallo sono ampiamente utilizzati nella produzione industriale, nel monitoraggio ambientale, nell'assistenza sanitaria e in altri campi per la loro elevata sensibilità, bassi costi di produzione e semplice misurazione del segnale. Al momento, la ricerca sul miglioramento delle proprietà di rilevamento del gas dei materiali di rilevamento dell'ossido di metallo nano si concentra principalmente sullo sviluppo di ossidi di metallo su nanoscala, come la nanostruttura e la modifica del doping.

I materiali di rilevamento dei semiconduttori di ossido di nano in metallo sono principalmente SNO2, ZnO, Fe2O3, VO2, IN2O3, WO3, TIO2, ecc. I componenti del sensore sono ancora i sensori di gas resistenti più utilizzati, anche i sensori di gas non resistenti vengono sviluppati più rapidamente.

Allo stato attuale, la principale direzione di ricerca è preparare nanomateriali strutturati con una superficie specifica di grandi dimensioni, 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 ai gas dei materiali. Il doping elementare dell'ossido di metallo o la costruzione del sistema nanocomposito, i componenti droganti o compositi introdotti possono svolgere un ruolo catalitico e può anche diventare un vettore ausiliario per la costruzione della nanostruttura, migliorando così le prestazioni complessive del rilevamento del gas dei materiali di rilevamento.

1. Materiali di rilevamento del gas utilizzati ossido di stagno nano (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 al gas dipende dalla dimensione delle particelle e dalla superficie specifica. Il controllo delle dimensioni della nanopowder SNO2 è la chiave per migliorare la sensibilità del gas.

Sulla base di polveri di ossido di nano stagno 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 ai suoi grandi canali di diffusione del gas e trasferimento di massa.

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

Ossido di ferro (Fe2O3)Ha due forme di cristallo: alfa e gamma, entrambi i quali possono essere usati come materiali di rilevamento del gas, ma le proprietà di rilevamento del gas hanno grandi differenze. α-FE2O3 appartiene alla struttura di corindone, le cui proprietà fisiche sono stabili. Il suo meccanismo di rilevamento del gas è controllato dalla superficie e la sua sensibilità è bassa. γ-FE2O3 appartiene alla struttura di spinello ed è metastabile. Il suo meccanismo di rilevamento del gas è principalmente il controllo della resistenza corporea. Ha una buona sensibilità ma una 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 lo screening per materiali adeguati a gas, come nanobeam α-FE2O3, nanorodi α-Fe2O3 porosi α-Fe2O3, ecc.

3. Materiali di rilevamento del gas utilizzati ossido di zinco nano (ZnO)
Ossido di zinco (ZnO)è un tipico materiale sensibile al gas controllato dalla superficie. Il sensore di gas a base di ZnO ha una temperatura operativa elevata e una scarsa selettività, rendendolo molto meno ampiamente utilizzato rispetto alle nanopowders SNO2 e Fe2O3. Pertanto, la preparazione di una nuova struttura dei nanomateriali ZnO, la modifica del doping 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.

Al momento, lo sviluppo di un 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 ossido di nano indio (IN2O3)
Ossido di indio (in2o3)è un materiale di rilevamento del gas a semiconduttore a semiconduttore di tipo N emergente. Rispetto a SNO2, ZnO, Fe2O3, ecc., Ha un ampio divario di banda, 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 hotspot di ricerca. I ricercatori hanno sintetizzato i materiali in2O3 mesoporosi ordinati mediante replicazione del modello di silice mesoporosa. I materiali ottenuti hanno una buona stabilità nell'intervallo di 450-650 ° C, quindi sono adatti per sensori di gas con temperature operative più elevate. Sono sensibili al metano e possono essere utilizzati per il monitoraggio dell'esplosione correlato alla concentrazione.

5. Materiali di rilevamento del gas utilizzati ossido di nano tungsteno (WO3)
Nanoparticelle WO3è un materiale a semiconduttore composto in metallo di transizione che è stato ampiamente studiato e applicato per la sua buona proprietà di rilevamento del gas. Nano Wo3 ha strutture stabili come triclinica, monoclinica e ortorombica. I ricercatori hanno preparato le nanoparticelle WO3 con un metodo di nano-cast usando il SIO2 mesoporoso come modello. È stato scoperto che le nanoparticelle monocliniche 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 WO3 di fase esagonale è stata sintetizzata dal metodo di scambio ionico-idrotermico. I risultati dei test di sensibilità del gas mostrano che il sensore di gas nanocluso di wo3 ha una bassa temperatura operativa, un'alta sensibilità all'acetone e alla trimetilammina e ai tempi di recupero della risposta ideale, rivelando una buona prospettiva di applicazione del materiale.

6. Materiali di rilevamento del gas utilizzati con biossido di nano in titanio (TiO2)
Biossido di titanio (TiO2)I materiali di rilevamento del gas hanno i vantaggi della buona stabilità termica e del semplice processo di preparazione e sono diventati gradualmente un altro materiale caldo per i ricercatori. Al momento, la ricerca sul sensore di gas nano-tio2 si concentra sulla nanostruttura e sulla funzionalizzazione dei materiali di rilevamento di TiO2 utilizzando nanotecnologie emergenti. Ad esempio, i ricercatori hanno realizzato fibre TiO2 Hollow Micro-Nan-Scale mediante tecnologia di elettrospinning coassiale. Usando la tecnologia di fiamma stagnante premiscelata, l'elettrodo trasversale viene ripetutamente posto in una fiamma stagnante premiscelata con tetraisopropossido di titanio come precursore, e quindi coltivato direttamente per formare la membrana porosa con il rilevamento di TIO2, il rilevamento di così.

7. Compositi di ossido di nano per materiale di rilevamento del gas
Le proprietà di rilevamento del gas dei materiali di rilevamento delle polveri di nano metallo possono essere migliorate mediante il doping, che non solo regola la conduttività elettrica del materiale, ma migliora anche la stabilità e la selettività. Il doping di elementi metallici 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 nano ossido includono principalmente SNO2 drogato di PD, γ-Fe2O3 drogato Pt e multi-elementi aggiunti in2o3 materiale di rilevamento cavo cavo, che può essere realizzato controllando gli additivi e per il rilevamento di perfendi per realizzare la struttura della superficie POVE5. Film WO3, migliorando così la sua sensibilità a NO2.

Al momento, i compositi di ossido di grafene/nano-metallo sono diventati un hotspot nei materiali del sensore di gas. I nanocompositi di grafene/SNO2 sono stati ampiamente usati come rilevamento dell'ammoniaca e materiali di rilevamento NO2.