כחיישני גז עיקריים במצב מוצק, חיישני גז מוליכים למחצה ננו מתכת תחמוצת נמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי, ניטור סביבתי, בריאות ותחומים אחרים בשל הרגישות הגבוהה שלהם, עלות הייצור הנמוכה ומדידות האותות הפשוטות שלהם.נכון לעכשיו, מחקר על שיפור תכונות חישת הגז של חומרי חישת תחמוצת ננו מתכת מתמקד בעיקר בפיתוח של תחמוצות מתכות בקנה מידה ננומטרי, כגון מבנה ננו ושינוי סימום.

חומרי חישה של מוליכים למחצה מתכת מתכת ננו הם בעיקר SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2, וכו'. רכיבי החיישנים הם עדיין חיישני הגז ההתנגדות הנפוצים ביותר, חיישני גזים לא עמידים מפותחים גם הם מהר יותר.

נכון לעכשיו, כיוון המחקר העיקרי הוא הכנת ננו-חומרים מובנים בעלי שטח פנים ספציפי גדול, כגון ננו-צינורות, מערכי ננו-רוד, ממברנות ננו-נקבוביות וכו' כדי להגביר את יכולת ספיחת הגז וקצב דיפוזיית הגז, ובכך לשפר את הרגישות ומהירות התגובה. לגז של החומרים.הסימום היסודי של תחמוצת המתכת, או בניית המערכת הננו-מרוכבת, חומרי הסימון או הרכיבים המרוכבים המוכנסים יכולים למלא תפקיד קטליטי, ויכולים גם להפוך לנשא עזר לבניית הננו-מבנה, ובכך לשפר את ביצועי חישת הגז הכוללים של החישה חומרים.

1. חומרי חישת גז בשימוש ננו טין אוקסיד (SnO2)

תחמוצת פח (SnO2) הוא סוג של חומר רגיש כללי לגזים.יש לו רגישות טובה לגזים כמו אתנול, H2S ו-CO. רגישות הגזים שלו תלויה בגודל החלקיקים ובשטח הפנים הספציפי.שליטה בגודל ננו-אבקת SnO2 היא המפתח לשיפור הרגישות לגזים.

בהתבסס על אבקות תחמוצת ננו בדיל מזופוריות ומקרופורוזיות, החוקרים הכינו חיישני סרט עבה בעלי פעילות קטליטית גבוהה יותר לחמצון CO, כלומר פעילות חישת גזים גבוהה יותר.בנוסף, המבנה הננו-נקבי הפך לנקודה חמה בתכנון חומרי חישת גז בשל ה-SSA הגדול שלו, פיזור הגז העשיר וערוצי העברת המסה שלו.

2. חומרי חישת גז בשימוש ננו תחמוצת ברזל (Fe2O3)

תחמוצת ברזל (Fe2O3)יש שתי צורות גבישיות: אלפא וגמא, שתיהן יכולות לשמש כחומרי חישת גז, אך יש הבדלים גדולים בתכונות חישת הגז שלהן.α-Fe2O3 שייך למבנה קורונדום, שתכונותיו הפיזיקליות יציבות.מנגנון חישת הגז שלו נשלט על פני השטח, והרגישות שלו נמוכה.γ-Fe2O3 שייך למבנה הספינל והוא יציב.מנגנון חישת הגז שלו הוא בעיקר בקרת התנגדות הגוף. יש לו רגישות טובה אך יציבות ירודה, וקל לשנות אותו ל-α-Fe2O3 ולהפחית את הרגישות לגזים.

המחקר הנוכחי מתמקד באופטימיזציה של תנאי הסינתזה כדי לשלוט במורפולוגיה של ננו-חלקיקי Fe2O3, ולאחר מכן בדיקה עבור חומרים רגישים לגז מתאימים, כגון α-Fe2O3 nanobeams, nanorods α-Fe2O3 נקבוביות, מבני α-Fe2O3 monodisperse, mesopores α-Fe2O3. ננו חומרים וכו'.

3. חומרי חישת גז בשימוש ננו אבץ אוקסיד (ZnO)
תחמוצת אבץ (ZnO)הוא חומר רגיש לגז טיפוסי הנשלט על פני השטח.לחיישן הגז מבוסס ZnO ​​יש טמפרטורת פעולה גבוהה וסלקטיביות ירודה, מה שהופך אותו להרבה פחות בשימוש נרחב מאשר אבקות ננו SnO2 ו-Fe2O3.לכן, הכנת מבנה חדש של ננו-חומרי ZnO, שינוי סימום של ננו-ZnO להפחתת טמפרטורת ההפעלה ושיפור הסלקטיביות היא מוקד המחקר על חומרי חישת גז ננו ZnO.

נכון לעכשיו, הפיתוח של אלמנט חישת גז ננו-ZnO בגביש אחד הוא אחד מכיווני הגבול, כגון חיישני גז ננו-גביש יחיד מסוג ZnO.

4. חומרי חישת גז בשימוש ננו אינדיום אוקסיד (In2O3)
תחמוצת אינדיום (In2O3)הוא חומר חישת גז מוליכים למחצה מסוג N.בהשוואה ל-SnO2, ZnO, Fe2O3 וכו', יש לו פער פס רחב, התנגדות קטנה ופעילות קטליטית גבוהה ורגישות גבוהה ל-CO ו-NO2.ננו-חומרים נקבוביים המיוצגים על ידי ננו In2O3 הם אחד ממוקדי המחקר האחרונים.החוקרים סינתזו חומרים מזופוריים מסוג In2O3 באמצעות שכפול תבנית סיליקה מזופורית.לחומרים המתקבלים יש יציבות טובה בטווח של 450-650 מעלות צלזיוס, ולכן הם מתאימים לחיישני גז עם טמפרטורות עבודה גבוהות יותר.הם רגישים למתאן וניתן להשתמש בהם לניטור פיצוץ הקשור לריכוז.

5. חומרי חישת גז בשימוש Nano Tungsten Oxide (WO3)
ננו-חלקיקי WO3הוא חומר מוליכים למחצה מורכב מתכת מעבר אשר נחקר רבות ויושם עבור תכונת חישת הגז הטובה שלו.לננו WO3 יש מבנים יציבים כמו טריקליניים, מונוקליניים ואורתורומביים.החוקרים הכינו ננו-חלקיקי WO3 בשיטת ננו-יציקה באמצעות SiO2 מזופורית כתבנית.נמצא כי לננו-חלקיקי WO3 החד-קליניים בגודל ממוצע של 5 ננומטר יש ביצועי חישת גזים טובים יותר, ולזוגות החיישנים המתקבלים על ידי שקיעה אלקטרופורטית של ננו-חלקיקי WO3 לריכוזים נמוכים של NO2 יש תגובה גבוהה.

ההתפלגות ההומוגנית של ננו-צבירי WO3 שלב משושה סונתזה בשיטת חילופי יונים-הידרו-תרמית.תוצאות בדיקת רגישות הגז מראות שלחיישן הגז הננו-צביר WO3 יש טמפרטורת הפעלה נמוכה, רגישות גבוהה לאצטון וטריתילאמין וזמן התאוששות אידיאלי לתגובה, מה שחושף אפשרות יישום טובה של החומר.

6. חומרי חישת גז בשימוש ננו טיטניום דו חמצני (TiO2)
טיטניום דו חמצני (TiO2)לחומרי חישת גז יש את היתרונות של יציבות תרמית טובה ותהליך הכנה פשוט, והפכו בהדרגה לחומר חם נוסף עבור החוקרים.כיום, המחקר על חיישן גז ננו-TiO2 מתמקד בננו-מבנה ופונקציונליזציה של חומרי חישת TiO2 באמצעות ננוטכנולוגיה מתפתחת.לדוגמה, חוקרים יצרו סיבי TiO2 חלולים בקנה מידה מיקרו-ננו על ידי טכנולוגיית אלקטרוספינינג קואקסיאלית.באמצעות טכנולוגיית הלהבה העומדת המעורבבת מראש, האלקטרודה הצולבת ממוקמת שוב ושוב בלהבה עומדת מעורבת מראש עם טיטניום טטראאיזופרובוקסיד כמבשר, ולאחר מכן גדלה ישירות ליצירת קרום נקבובי עם ננו-חלקיקי TiO2, שהיא תגובה רגישה ל-CO. מערך ננו-צינורות על ידי אנודיזציה ומחיל אותו לזיהוי SO2.

7. חומרים מרוכבים של ננו אוקסיד לחומר חישת גז
ניתן לשפר את תכונות חישת הגז של חומרי חישה של אבקות תחמוצות מתכת ננו באמצעות סימום, אשר לא רק מתאים את המוליכות החשמלית של החומר, אלא גם משפר את היציבות והסלקטיביות.סימום של יסודות מתכת יקרים היא שיטה נפוצה, ואלמנטים כגון Au ו-Ag משמשים לעתים קרובות כחומרי סימום כדי לשפר את ביצועי חישת הגז של אבקת תחמוצת אבץ ננו.חומרי חישת גז מרוכבים של ננו אוקסיד כוללים בעיקר Pd מסומם SnO2, Pt מסומם γ-Fe2O3, וחומר חישת כדור חלול In2O3 מרובה אלמנטים נוסף, אשר ניתן לממש על ידי שליטה בתוספים וחישת טמפרטורה כדי לממש זיהוי אלקטיבי של NH3, H2S ו-CO בנוסף, WO3 ננו סרט שונה עם שכבה של V2O5 כדי לשפר את מבנה פני השטח הנקבובי של סרט WO3, ובכך לשפר את הרגישות שלו ל-NO2.

כיום, חומרים מרוכבים של תחמוצת גרפן/ננו-מתכת הפכו לנקודה חמה בחומרי חיישני גז.ננו מרוכבים של גרפן/SnO2 היו בשימוש נרחב כחומרי זיהוי אמוניה וחומרי חישת NO2.