Nano metalo oksido puslaidininkių dujų jutikliai, kaip pagrindiniai kietojo kūno dujų jutikliai, yra plačiai naudojami pramoninėje gamyboje, aplinkos stebėjimo, sveikatos priežiūros ir kitose srityse dėl didelio jautrumo, mažų gamybos sąnaudų ir paprasto signalo matavimo.Šiuo metu nanometalų oksidų jutimo medžiagų dujų jutimo savybių gerinimo tyrimai daugiausia skirti nanomatų metalų oksidų, tokių kaip nanostruktūra ir dopingo modifikavimas, kūrimui.

Nano metalo oksido puslaidininkių jutimo medžiagos daugiausia yra SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 ir kt. Jutiklių komponentai vis dar yra plačiausiai naudojami varžiniai dujų jutikliai, nerezistenciniai dujų jutikliai taip pat kuriami sparčiau.

Šiuo metu pagrindinė mokslinių tyrimų kryptis yra didelio specifinio paviršiaus ploto struktūrinių nanomedžiagų, tokių kaip nanovamzdeliai, nanorodelių matricos, nanoporingos membranos ir kt., paruošimas, siekiant padidinti dujų adsorbcijos pajėgumą ir dujų difuzijos greitį, taip pagerinant jautrumą ir reakcijos greitį. medžiagų dujoms.Elementinis metalo oksido dopingas arba nanokompozitinės sistemos konstrukcija, įterptas priedas arba kompozitiniai komponentai gali atlikti katalizinį vaidmenį, taip pat gali tapti pagalbiniu nešikliu kuriant nanostruktūrą, taip pagerinant bendrą jutimo dujų jutimo efektyvumą. medžiagų.

1. Naudotos dujoms jautrios medžiagos Nano alavo oksidas (SnO2)

Alavo oksidas (SnO2) yra bendrai jautri dujoms jautri medžiaga.Jis gerai jautrus dujoms, tokioms kaip etanolis, H2S ir CO. Jo jautrumas dujoms priklauso nuo dalelių dydžio ir specifinio paviršiaus ploto.SnO2 nanomiltelių dydžio kontrolė yra raktas į dujų jautrumo gerinimą.

Remdamiesi mezoporiniais ir makroporiniais nano alavo oksido milteliais, mokslininkai paruošė storosios plėvelės jutiklius, kurie turi didesnį katalizinį aktyvumą CO oksidacijai, o tai reiškia didesnį dujų jutimo aktyvumą.Be to, nanoporinė struktūra tapo karšta vieta kuriant dujas jautrias medžiagas dėl didelio SSA, turtingos dujų difuzijos ir masės perdavimo kanalų.

2. Naudotos dujų jautrumo medžiagos Nano geležies oksidas (Fe2O3)

Geležies oksidas (Fe2O3)turi dvi kristalų formas: alfa ir gama, kurios abi gali būti naudojamos kaip dujų jutimo medžiagos, tačiau jų dujų jutimo savybės labai skiriasi.α-Fe2O3 priklauso korundo struktūrai, kurios fizinės savybės yra stabilios.Jo dujų jutimo mechanizmas yra valdomas paviršiumi, o jautrumas yra mažas.γ-Fe2O3 priklauso špinelio struktūrai ir yra metastabilus.Jo dujų jutimo mechanizmas daugiausia yra kūno pasipriešinimo kontrolė. Jis turi gerą jautrumą, bet silpną stabilumą, jį lengva pakeisti į α-Fe2O3 ir sumažinti dujų jautrumą.

Dabartiniai tyrimai skirti optimizuoti sintezės sąlygas, kad būtų galima kontroliuoti Fe2O3 nanodalelių morfologiją, o po to ieškoti tinkamų dujoms jautrių medžiagų, tokių kaip α-Fe2O3 nanospinduliai, akytos α-Fe2O3 nanostijos, monodispersinės α-Fe2O3 nanostruktūros, mezoporos2α-Fe2O3. nanomedžiagos ir kt.

3. Naudotos dujoms jautrios medžiagos nanocinko oksidas (ZnO)
Cinko oksidas (ZnO)yra tipiška dujoms jautri medžiaga, valdoma paviršiumi.ZnO pagrindu pagamintas dujų jutiklis turi aukštą darbinę temperatūrą ir prastą selektyvumą, todėl jis naudojamas daug rečiau nei SnO2 ir Fe2O3 nanomilteliai.Todėl naujos ZnO nanomedžiagų struktūros paruošimas, nano-ZnO dopingo modifikavimas, siekiant sumažinti darbo temperatūrą ir pagerinti selektyvumą, yra nano ZnO dujas jautriųjų medžiagų tyrimų tikslas.

Šiuo metu monokristalinio nano-ZnO dujų jutimo elemento kūrimas yra viena iš pasienio krypčių, tokių kaip ZnO monokristaliniai nanorodelių dujų jutikliai.

4. Naudotos dujų jutimo medžiagos, nanoindžio oksidas (In2O3)
Indžio oksidas (In2O3)yra besiformuojanti n tipo puslaidininkių dujų jutimo medžiaga.Palyginti su SnO2, ZnO, Fe2O3 ir kt., jis turi platų juostos tarpą, mažą varžą ir didelį katalizinį aktyvumą bei didelį jautrumą CO ir NO2.Poringos nanomedžiagos, kurias atstovauja nano In2O3, yra viena iš naujausių tyrimų taškų.Tyrėjai susintetino užsakytas mezoporines In2O3 medžiagas, replikuodami mezoporinį silicio dioksido šabloną.Gautos medžiagos turi gerą stabilumą 450-650 °C diapazone, todėl tinka aukštesnės darbinės temperatūros dujų jutikliams.Jie yra jautrūs metanui ir gali būti naudojami su koncentracija susijusiam sprogimui stebėti.

5. Naudotos dujų jutimo medžiagos, nanovolframo oksidas (WO3)
WO3 nanodalelėsyra pereinamojo metalo junginių puslaidininkinė medžiaga, kuri buvo plačiai ištirta ir pritaikyta dėl geros dujų jutimo savybės.Nano WO3 turi stabilias struktūras, tokias kaip triklinika, monoklinika ir ortorombinė.Tyrėjai paruošė WO3 nanodaleles nano liejimo metodu, naudodami mezoporinį SiO2 kaip šabloną.Nustatyta, kad monoklininės WO3 nanodalelės, kurių vidutinis dydis yra 5 nm, pasižymi geresnėmis dujų jutimo savybėmis, o jutiklių poros, gautos elektroforetiniu WO3 nanodalelių nusodinimu Mažos NO2 koncentracijos pasižymi dideliu atsaku.

Šešiakampės fazės WO3 nanoklasterių homogeninis pasiskirstymas buvo susintetintas jonų mainų-hidroterminiu metodu.Dujų jautrumo bandymo rezultatai rodo, kad WO3 nanoklasterinis dujų jutiklis turi žemą darbinę temperatūrą, didelį jautrumą acetonui ir trimetilaminui ir idealų atsako atkūrimo laiką, o tai rodo gerą medžiagos panaudojimo perspektyvą.

6. Naudotos dujų jutiklių medžiagos nanotitano dioksidas (TiO2)
Titano dioksidas (TiO2)dujų jutimo medžiagų pranašumai yra geras terminis stabilumas ir paprastas paruošimo procesas, todėl palaipsniui tapo dar viena karšta medžiaga tyrėjams.Šiuo metu nano-TiO2 dujų jutiklio tyrimai yra skirti TiO2 jautriųjų medžiagų nanostruktūrai ir funkcionalizavimui naudojant naujas nanotechnologijas.Pavyzdžiui, mokslininkai sukūrė mikro nano masto tuščiavidurius TiO2 pluoštus koaksialinio elektros verpimo technologija.Naudojant iš anksto sumaišytos stovinčios liepsnos technologiją, kryžminis elektrodas pakartotinai dedamas į iš anksto sumaišytą stovinčią liepsną, kurios pirmtakas yra titano tetraizopropoksidas, o po to tiesiogiai auginamas, kad susidarytų porėta membrana su TiO2 nanodalelėmis, kuri jautriai reaguoja į CO. Tuo pačiu metu auga užsakytas TiO2. nanovamzdelių matricą anoduojant ir taiko ją SO2 aptikimui.

7. Nanooksido kompozitai, skirti dujų jutimo medžiagai
Nano metalų oksidų miltelių jutimo medžiagų dujas jutimo savybes galima pagerinti dopingu, kuris ne tik reguliuoja medžiagos elektrinį laidumą, bet ir pagerina stabilumą bei selektyvumą.Tauriųjų metalų elementų dopingas yra įprastas metodas, o tokie elementai kaip Au ir Ag dažnai naudojami kaip priedai, siekiant pagerinti nano cinko oksido miltelių dujų jutimo efektyvumą.Nanooksido sudėtinės dujų jutimo medžiagos daugiausia apima Pd legiruotą SnO2, Pt legiruotą γ-Fe2O3 ir kelių elementų pridėtą In2O3 tuščiavidurio sferos jutimo medžiagą, kurią galima realizuoti kontroliuojant priedus ir jutimo temperatūrą, kad būtų galima pasirinktinai aptikti NH3, H2S ir CO. Be to, WO3 nano plėvelė yra modifikuota V2O5 sluoksniu, kad pagerintų WO3 plėvelės porėtą paviršiaus struktūrą ir taip pagerintų jos jautrumą NO2.

Šiuo metu grafeno / nanometalo oksido kompozitai tapo dujų jutiklių medžiagų karštuoju tašku.Grafeno / SnO2 nanokompozitai buvo plačiai naudojami kaip amoniako aptikimo ir NO2 jutimo medžiagos.