Kā galvenie cietvielu gāzes sensori nanometāla oksīda pusvadītāju gāzes sensori tiek plaši izmantoti rūpnieciskajā ražošanā, vides uzraudzībā, veselības aprūpē un citās jomās to augstās jutības, zemo ražošanas izmaksu un vienkārša signāla mērīšanas dēļ.Pašlaik pētījumi par nanometālu oksīdu jutīgu materiālu gāzes sensoru īpašību uzlabošanu galvenokārt ir vērsti uz nanomēroga metālu oksīdu izstrādi, piemēram, nanostruktūru un dopinga modifikāciju.

Nanometāla oksīda pusvadītāju sensoru materiāli galvenokārt ir SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 uc Sensoru komponenti joprojām ir visplašāk izmantotie pretestības gāzes sensori, ātrāk tiek izstrādāti arī nerezistīvie gāzu sensori.

Šobrīd galvenais pētniecības virziens ir sagatavot strukturētus nanomateriālus ar lielu īpatnējo virsmu, piemēram, nanocaurules, nanostieņu blokus, nanoporainas membrānas utt., lai palielinātu gāzes adsorbcijas spēju un gāzes difūzijas ātrumu, tādējādi uzlabojot jutību un reakcijas ātrumu. materiālu gāzei.Metāla oksīda elementārajai dopingai vai nanokompozītmateriālu sistēmas uzbūvei, ievadītajiem dopantiem vai kompozītmateriāliem var būt katalītiska loma, un tie var arī kļūt par palīgnesēju nanostruktūras konstruēšanai, tādējādi uzlabojot sensora vispārējo gāzes uztveršanas veiktspēju. materiāliem.

1. Izmantotie gāzu noteikšanas materiāli Nano alvas oksīds (SnO2)

Alvas oksīds (SnO2) ir vispārīgi jutīgs gāzu jutīgs materiāls.Tam ir laba jutība pret gāzēm, piemēram, etanolu, H2S un CO. Tā gāzes jutība ir atkarīga no daļiņu izmēra un īpatnējās virsmas laukuma.SnO2 nanopulvera izmēra kontrole ir galvenais, lai uzlabotu gāzes jutību.

Pamatojoties uz mezoporainiem un makroporainiem nano alvas oksīda pulveriem, pētnieki sagatavoja biezu plēvju sensorus, kuriem ir augstāka CO oksidācijas katalītiskā aktivitāte, kas nozīmē lielāku gāzes uztveršanas aktivitāti.Turklāt nanoporainā struktūra ir kļuvusi par karsto punktu gāzes sensoru materiālu projektēšanā, pateicoties tās lielajam SSA, bagātīgajam gāzes difūzijas un masas pārneses kanāliem.

2. Izmantotie gāzes sensori materiāli nanodzelzs oksīds (Fe2O3)

Dzelzs oksīds (Fe2O3)ir divas kristālu formas: alfa un gamma, kuras abas var izmantot kā gāzu sensoru materiālus, taču to gāzu uztveršanas īpašībām ir lielas atšķirības.α-Fe2O3 pieder pie korunda struktūras, kuras fizikālās īpašības ir stabilas.Tās gāzes sensora mehānisms tiek kontrolēts ar virsmu, un tā jutība ir zema.γ-Fe2O3 pieder pie spinela struktūras un ir metastabils.Tā gāzes sensora mehānisms galvenokārt ir ķermeņa pretestības kontrole. Tam ir laba jutība, bet slikta stabilitāte, un to ir viegli mainīt uz α-Fe2O3 un samazināt gāzes jutību.

Pašreizējais pētījums ir vērsts uz sintēzes apstākļu optimizēšanu, lai kontrolētu Fe2O3 nanodaļiņu morfoloģiju, un pēc tam skrīningu, lai atrastu piemērotus pret gāzēm jutīgus materiālus, piemēram, α-Fe2O3 nanostarus, porainus α-Fe2O3 nanostieņus, monodispersas α-Fe2O3 nanostruktūras, mezoporas2α-Fe2O3. nanomateriāli utt.

3. Izmantotie gāzes sensoru materiāli nanocinka oksīds (ZnO)
Cinka oksīds (ZnO)ir tipisks ar virsmu kontrolēts gāzjutīgs materiāls.Gāzes sensoram, kura pamatā ir ZnO, ir augsta darba temperatūra un slikta selektivitāte, tāpēc to izmanto daudz mazāk nekā SnO2 un Fe2O3 nanopulverus.Tāpēc nano ZnO gāzu sensoru materiālu izpētes uzmanības centrā ir jaunas ZnO nanomateriālu struktūras sagatavošana, nano-ZnO dopinga modifikācija, lai samazinātu darba temperatūru un uzlabotu selektivitāti.

Pašlaik monokristālu nano-ZnO gāzes sensora elementa izstrāde ir viens no robežvirzieniem, piemēram, ZnO monokristāla nanostieņu gāzes sensori.

4. Izmantotie gāzes sensoru materiāli, nanoindija oksīds (In2O3)
Indija oksīds (In2O3)ir jauns n-veida pusvadītāju gāzes sensora materiāls.Salīdzinot ar SnO2, ZnO, Fe2O3 utt., tam ir plaša joslas sprauga, maza pretestība un augsta katalītiskā aktivitāte, kā arī augsta jutība pret CO un NO2.Poraini nanomateriāli, ko pārstāv nano In2O3, ir viens no jaunākajiem pētniecības punktiem.Pētnieki sintezēja pasūtītus mezoporainus In2O3 materiālus, izmantojot mezoporainā silīcija dioksīda veidnes replikāciju.Iegūtajiem materiāliem ir laba stabilitāte 450-650 °C diapazonā, tāpēc tie ir piemēroti gāzes sensoriem ar augstāku darba temperatūru.Tie ir jutīgi pret metānu, un tos var izmantot ar koncentrāciju saistītās sprādzienbīstamības uzraudzībai.

5. Izmantotie gāzes sensoru materiāli, nanovolframa oksīds (WO3)
WO3 nanodaļiņasir pārejas metālu savienojumu pusvadītāju materiāls, kas ir plaši pētīts un izmantots tā labā gāzu uztveršanas īpašībā.Nano WO3 ir stabilas struktūras, piemēram, triklīnikas, monoklīniskas un ortorombiskas.Pētnieki sagatavoja WO3 nanodaļiņas ar nanoliešanas metodi, kā veidni izmantojot mezoporainu SiO2.Tika konstatēts, ka monoklīniskajām WO3 nanodaļiņām ar vidējo izmēru 5 nm ir labāka gāzu uztveršanas veiktspēja, un sensoru pāriem, kas iegūti ar WO3 nanodaļiņu elektroforētisko nogulsnēšanos Zemām NO2 koncentrācijām ir augsta reakcija.

Sešstūra fāzes WO3 nanoklasteru homogēnais sadalījums tika sintezēts ar jonu apmaiņas-hidrotermisko metodi.Gāzes jutīguma testa rezultāti liecina, ka WO3 nanoklasterizētajam gāzes sensoram ir zema darba temperatūra, augsta jutība pret acetonu un trimetilamīnu un ideāls reakcijas atjaunošanas laiks, atklājot labu materiāla pielietojuma perspektīvu.

6. Izmantotie gāzes sensoru materiāli nanotitāna dioksīds (TiO2)
Titāna dioksīds (TiO2)Gāzes sensoru materiāliem ir laba termiskā stabilitāte un vienkāršs sagatavošanas process, un tie pakāpeniski ir kļuvuši par vēl vienu karstu materiālu pētniekiem.Pašlaik nano-TiO2 gāzes sensora pētījumi ir vērsti uz TiO2 sensoru materiālu nanostruktūru un funkcionalizāciju, izmantojot jaunās nanotehnoloģijas.Piemēram, pētnieki ir izgatavojuši mikro-nano mēroga dobas TiO2 šķiedras, izmantojot koaksiālās elektrovērpšanas tehnoloģiju.Izmantojot iepriekš sajauktas stagnējošas liesmas tehnoloģiju, krustenisko elektrodu atkārtoti ievieto iepriekš sajauktā stāvošā liesmā ar titāna tetraizopropoksīdu kā prekursoru, un pēc tam tieši audzē, veidojot porainu membrānu ar TiO2 nanodaļiņām, kas ir jutīga reakcija uz CO. Vienlaikus aug pasūtītais TiO2. nanocauruļu masīvu ar anodēšanu un izmanto to SO2 noteikšanai.

7. Nanooksīda kompozītmateriāli gāzes sensora materiālam
Nano metālu oksīdu pulveru sensoru materiālu gāzes sensora īpašības var uzlabot ar dopingu, kas ne tikai pielāgo materiāla elektrisko vadītspēju, bet arī uzlabo stabilitāti un selektivitāti.Dārgmetālu elementu dopings ir izplatīta metode, un tādus elementus kā Au un Ag bieži izmanto kā dopantus, lai uzlabotu nano cinka oksīda pulvera gāzes uztveršanas veiktspēju.Nanooksīda kompozītu gāzu sensoru materiāli galvenokārt ietver Pd leģētu SnO2, Pt leģētu γ-Fe2O3 un vairāku elementu pievienotu In2O3 dobu sfēru sensoru materiālu, ko var realizēt, kontrolējot piedevas un sensora temperatūru, lai veiktu NH3, H2S un CO noteikšanu. Turklāt WO3 nano plēve ir modificēta ar V2O5 slāni, lai uzlabotu WO3 plēves poraino virsmas struktūru, tādējādi uzlabojot tās jutību pret NO2.

Pašlaik grafēna / nanometāla oksīda kompozītmateriāli ir kļuvuši par karsto punktu gāzes sensoru materiālos.Grafēna/SnO2 nanokompozīti ir plaši izmantoti kā amonjaka noteikšanas un NO2 sensoru materiāli.