主要な固体ガスセンサーとして、ナノ金属酸化物半導体ガスセンサーは、高感度、低製造コスト、簡単な信号測定により、工業生産、環境モニタリング、ヘルスケアなどの分野で広く使用されています。現在、ナノ金属酸化物検知材料のガス検知特性の改善に関する研究は、ナノ構造やドーピング修飾などのナノスケールの金属酸化物の開発に主に焦点を当てている。

ナノ金属酸化物半導体センシング材料は、主に SnO2、ZnO、Fe2O3、VO2、In2O3、WO3、TiO2 などです。センサーコンポーネントは依然として最も広く使用されている抵抗性ガスセンサーですが、非抵抗性ガスセンサーもより急速に開発されています。

現在、主な研究方向は、ナノチューブ、ナノロッドアレイ、ナノ多孔質膜などの大きな比表面積を有する構造化ナノ材料を調製して、ガス吸着容量とガス拡散速度を高め、それにより感度と応答速度を向上させることである。材料のガスに。金属酸化物の元素ドーピング、またはナノ複合システムの構築、導入されたドーパントまたは複合成分は触媒の役割を果たすことができ、ナノ構造を構築するための補助担体にもなり、それによってセンシングの全体的なガス検知性能が向上します。材料。

1. ガスセンシング材料にNano Tin Oxide(SnO2)を使用

酸化スズ(SnO2)）は、一般的なガス感応物質の一種です。エタノール、H2S、CO などのガスに対する感度が良好です。ガス感度は粒子サイズと比表面積によって異なります。SnO2 ナノ粉末のサイズを制御することが、ガス感度を向上させる鍵となります。

研究者らは、メソ多孔質およびマクロ多孔質のナノ酸化スズ粉末に基づいて、CO酸化に対してより高い触媒活性、つまりより高いガス感知活性を有する厚膜センサーを調製した。さらに、ナノ多孔質構造は、その大きな SSA、豊富なガス拡散および物質移動チャネルにより、ガス感知材料の設計におけるホットスポットとなっています。

2. ガスセンシング材料にナノ酸化鉄(Fe2O3)を採用

酸化鉄(Fe2O3)α型とγ型の2つの結晶形があり、どちらもガス感知材料として使用できますが、両者のガス感知特性には大きな違いがあります。α-Fe2O3はコランダム構造に属し、物性が安定しています。ガス感知機構は表面制御されており、感度は低いです。γ-Fe2O3 はスピネル構造に属し、準安定です。ガス感知機構は主に人体抵抗制御であり、感度は良いが安定性が悪く、容易にα-Fe2O3に変化してガス感度が低下する。

現在の研究は、合成条件を最適化して Fe2O3 ナノ粒子の形態を制御し、α-Fe2O3 ナノビーム、多孔質 α-Fe2O3 ナノロッド、単分散 α-Fe2O3 ナノ構造、メソ細孔 α-Fe2O3 などの適切なガス感受性材料をスクリーニングすることに焦点を当てています。ナノマテリアルなど

3. ガスセンシング材料にナノ酸化亜鉛(ZnO)を採用
酸化亜鉛（ZnO）は、典型的な表面制御されたガス感受性材料です。ZnO ベースのガスセンサーは動作温度が高く、選択性が低いため、SnO2 や Fe2O3 ナノ粉末に比べてあまり広く使用されていません。したがって、ZnO ナノ材料の新しい構造の調製、動作温度を低下させ、選択性を向上させるためのナノ ZnO のドーピング修飾が、ナノ ZnO ガス検知材料の研究の焦点となっています。

現在、単結晶ナノ ZnO ガス検知素子の開発は、ZnO 単結晶ナノロッド ガス センサーなどの最先端の方向性の 1 つです。

4. ガスセンシング材料にナノ酸化インジウム(In2O3)を採用
酸化インジウム (In2O3)は、新興の n 型半導体ガス検知材料です。SnO2、ZnO、Fe2O3などと比較して、バンドギャップが広く、抵抗率が小さく触媒活性が高く、COやNO2に対する感度が高い。ナノ In2O3 に代表される多孔質ナノ材料は、最近の研究のホットスポットの 1 つです。研究者らは、メソポーラスシリカテンプレートの複製を利用して、規則正しいメソポーラスIn2O3材料を合成した。得られた材料は450～650℃の範囲で良好な安定性を示すため、より高い動作温度のガスセンサーに適しています。これらはメタンに敏感であり、濃度関連の爆発監視に使用できます。

5. ガス感知材料にナノタングステン酸化物(WO3)を採用
WO3ナノ粒子は遷移金属化合物半導体材料であり、その優れたガス感知特性のために広く研究され、応用されています。ナノWO3は三斜晶系、単斜晶系、斜方晶系などの安定な構造を持っています。研究者らは、メソポーラスSiO2をテンプレートとして用いたナノキャスティング法によりWO3ナノ粒子を調製した。平均サイズ 5 nm の単斜晶系 WO3 ナノ粒子はガス感知性能が優れており、WO3 ナノ粒子の電気泳動堆積によって得られたセンサーペアは低濃度の NO2 で高い応答性を示すことがわかりました。

均一に分布した六方相WO3ナノクラスターをイオン交換水熱法により合成した。ガス感度試験の結果は、WO3 ナノクラスターガスセンサーが低い動作温度、アセトンおよびトリメチルアミンに対する高い感度、理想的な応答回復時間を備えていることを示し、材料の良好な応用見通しを明らかにしています。

6. ガスセンシング材料にナノ二酸化チタン(TiO2)を採用
二酸化チタン (TiO2)ガス感知材料は、優れた熱安定性と簡単な調製プロセスという利点があり、徐々に研究者にとってもう一つの注目の材料となっています。現在、ナノ TiO2 ガス センサーの研究は、新興ナノテクノロジーを使用した TiO2 センシング材料のナノ構造と機能化に焦点を当てています。たとえば、研究者らは同軸エレクトロスピニング技術によってマイクロナノスケールの中空TiO2ファイバーを作製した。予混合停滞火炎技術を使用して、前駆体としてチタン テトライソプロポキシドを使用した予混合停滞火炎の中に十字電極を繰り返し配置し、直接成長させて、CO に敏感に反応する TiO2 ナノ粒子を含む多孔質膜を形成します。同時に規則正しい TiO2 を成長させます。陽極酸化によりナノチューブアレイを作製し、SO2の検出に応用します。

7. ガスセンサー材料用ナノ酸化物複合材料
ナノ金属酸化物粉末検知材料のガス検知特性は、材料の導電率を調整するだけでなく、安定性と選択性も改善するドーピングによって改善できます。貴金属元素のドーピングは一般的な方法であり、Au や Ag などの元素は、ナノ酸化亜鉛粉末のガス検知性能を向上させるドーパントとしてよく使用されます。ナノ酸化物複合ガスセンシング材料には、主に Pd ドープ SnO2、Pt ドープ γ-Fe2O3、多元素添加 In2O3 中空球センシング材料が含まれており、添加剤とセンシング温度を制御することで、NH3、H2S、CO の選択的検出を実現できます。さらに、WO3 ナノフィルムは V2O5 の層で修飾され、WO3 フィルムの多孔質表面構造が改善され、それによって NO2 に対する感度が向上します。

現在、グラフェン/ナノ金属酸化物の複合材料がガスセンサー材料の注目の材料となっています。グラフェン/SnO2 ナノ複合材料は、アンモニア検出および NO2 検知材料として広く使用されています。