പ്രധാന സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ഗ്യാസ് സെൻസറുകൾ എന്ന നിലയിൽ, നാനോ മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് അർദ്ധചാലക വാതക സെൻസറുകൾ വ്യാവസായിക ഉൽപ്പാദനം, പരിസ്ഥിതി നിരീക്ഷണം, ആരോഗ്യ സംരക്ഷണം, മറ്റ് മേഖലകൾ എന്നിവയിൽ അവയുടെ ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത, കുറഞ്ഞ നിർമ്മാണ ചെലവ്, ലളിതമായ സിഗ്നൽ അളക്കൽ എന്നിവയ്ക്കായി വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിലവിൽ, നാനോ മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് ഗുണങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം പ്രധാനമായും നാനോ സ്കെയിൽ മെറ്റൽ ഓക്സൈഡുകളുടെ വികസനത്തിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു, നാനോസ്ട്രക്ചർ, ഡോപ്പിംഗ് മോഡിഫിക്കേഷൻ എന്നിവ.

നാനോ മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് അർദ്ധചാലക സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ പ്രധാനമായും SnO2, ZnO, Fe2O3,VO2, In2O3, WO3, TiO2 മുതലായവയാണ്. സെൻസർ ഘടകങ്ങൾ ഇപ്പോഴും ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന റെസിസ്റ്റീവ് ഗ്യാസ് സെൻസറുകളാണ്, നോൺ-റെസിസ്റ്റീവ് ഗ്യാസ് സെൻസറുകളും കൂടുതൽ വേഗത്തിൽ വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

നിലവിൽ, നാനോട്യൂബുകൾ, നാനോറോഡ് അറേകൾ, നാനോപോറസ് മെംബ്രണുകൾ തുടങ്ങിയ വലിയ പ്രത്യേക ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണമുള്ള ഘടനാപരമായ നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ തയ്യാറാക്കുക എന്നതാണ് പ്രധാന ഗവേഷണ ദിശ. വസ്തുക്കളുടെ വാതകത്തിലേക്ക്. മെറ്റൽ ഓക്സൈഡിൻ്റെ മൂലക ഡോപ്പിംഗ്, അല്ലെങ്കിൽ നാനോകോംപോസിറ്റ് സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ നിർമ്മാണം, അവതരിപ്പിച്ച ഡോപാൻ്റ് അല്ലെങ്കിൽ സംയുക്ത ഘടകങ്ങൾക്ക് ഒരു ഉത്തേജക പങ്ക് വഹിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ നാനോസ്ട്രക്ചർ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു സഹായ കാരിയറാകാനും കഴിയും, അതുവഴി സെൻസിംഗിൻ്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. വസ്തുക്കൾ.

1. നാനോ ടിൻ ഓക്സൈഡ് (SnO2) ഉപയോഗിച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ

ടിൻ ഓക്സൈഡ് (SnO2) ഒരു തരം ജനറൽ സെൻസിറ്റീവ് ഗ്യാസ് സെൻസിറ്റീവ് മെറ്റീരിയലാണ്. എത്തനോൾ, H2S, CO തുടങ്ങിയ വാതകങ്ങളോട് ഇതിന് നല്ല സെൻസിറ്റിവിറ്റി ഉണ്ട്. അതിൻ്റെ വാതക സംവേദനക്ഷമത കണിക വലിപ്പത്തെയും നിർദ്ദിഷ്ട ഉപരിതല വിസ്തൃതിയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. SnO2 നാനോപൗഡറിൻ്റെ വലിപ്പം നിയന്ത്രിക്കുന്നത് വാതക സംവേദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള താക്കോലാണ്.

മെസോപോറസ്, മാക്രോപോറസ് നാനോ ടിൻ ഓക്സൈഡ് പൊടികളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഗവേഷകർ CO ഓക്സിഡേഷനായി ഉയർന്ന ഉൽപ്രേരക പ്രവർത്തനമുള്ള കട്ടിയുള്ള ഫിലിം സെൻസറുകൾ തയ്യാറാക്കി, അതായത് ഉയർന്ന വാതക സെൻസിംഗ് പ്രവർത്തനം. കൂടാതെ, നാനോപോറസ് ഘടന അതിൻ്റെ വലിയ എസ്എസ്എ, സമ്പന്നമായ ഗ്യാസ് ഡിഫ്യൂഷൻ, മാസ് ട്രാൻസ്ഫർ ചാനലുകൾ എന്നിവ കാരണം ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ ഒരു ചൂടുള്ള സ്ഥലമായി മാറിയിരിക്കുന്നു.

2. നാനോ അയൺ ഓക്സൈഡ് (Fe2O3) ഉപയോഗിച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ

അയൺ ഓക്സൈഡ് (Fe2O3)രണ്ട് ക്രിസ്റ്റൽ രൂപങ്ങളുണ്ട്: ആൽഫയും ഗാമയും, ഇവ രണ്ടും ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലായി ഉപയോഗിക്കാം, എന്നാൽ അവയുടെ ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് ഗുണങ്ങൾക്ക് വലിയ വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്. α-Fe2O3 കൊറണ്ടം ഘടനയിൽ പെടുന്നു, അതിൻ്റെ ഭൗതിക സവിശേഷതകൾ സ്ഥിരമാണ്. അതിൻ്റെ ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് സംവിധാനം ഉപരിതല നിയന്ത്രിതമാണ്, അതിൻ്റെ സംവേദനക്ഷമത കുറവാണ്. γ-Fe2O3 സ്പൈനൽ ഘടനയിൽ പെട്ടതാണ്, മെറ്റാസ്റ്റബിൾ ആണ്. ഇതിൻ്റെ ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെക്കാനിസം പ്രധാനമായും ബോഡി റെസിസ്റ്റൻസ് നിയന്ത്രണമാണ്. ഇതിന് നല്ല സെൻസിറ്റിവിറ്റി ഉണ്ട്, എന്നാൽ മോശം സ്ഥിരതയുണ്ട്, കൂടാതെ α-Fe2O3 ലേക്ക് മാറ്റാനും ഗ്യാസ് സെൻസിറ്റിവിറ്റി കുറയ്ക്കാനും എളുപ്പമാണ്.

Fe2O3 നാനോകണങ്ങളുടെ രൂപഘടന നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് സിന്തസിസ് വ്യവസ്ഥകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലാണ് നിലവിലെ ഗവേഷണം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്, തുടർന്ന് α-Fe2O3 നാനോബീമുകൾ, പോറസ് α-Fe2O3 നാനോറോഡുകൾ, മോണോഡിസ്പെർസ് α-Fe2O3 നാനോറോഡുകൾ, α-Fe2O3 mesopores2O3, α-Fe2O3 നാനോ-ഫെ2O3 നാനോ-ഫെ2ഓ3, α-Fe2O3, നാനോ പദാർത്ഥങ്ങൾ മുതലായവ

3. നാനോ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് (ZnO) ഉപയോഗിച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ
സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് (ZnO)ഒരു സാധാരണ ഉപരിതല നിയന്ത്രിത ഗ്യാസ് സെൻസിറ്റീവ് മെറ്റീരിയലാണ്. ZnO അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഗ്യാസ് സെൻസറിന് ഉയർന്ന പ്രവർത്തന താപനിലയും മോശം സെലക്റ്റിവിറ്റിയും ഉണ്ട്, ഇത് SnO2, Fe2O3 നാനോപൗഡറുകളേക്കാൾ വളരെ കുറവാണ്. അതിനാൽ, ZnO നാനോ മെറ്റീരിയലുകളുടെ പുതിയ ഘടന തയ്യാറാക്കൽ, പ്രവർത്തന താപനില കുറയ്ക്കുന്നതിനും സെലക്ടിവിറ്റി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുമായി നാനോ-ZnO-യുടെ ഡോപ്പിംഗ് പരിഷ്‌ക്കരണം എന്നിവ നാനോ ZnO ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണത്തിൻ്റെ ശ്രദ്ധാകേന്ദ്രമാണ്.

നിലവിൽ, സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ നാനോ-ZnO ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മൂലകത്തിൻ്റെ വികസനം ZnO സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ നാനോറോഡ് ഗ്യാസ് സെൻസറുകൾ പോലെയുള്ള അതിർത്തി ദിശകളിലൊന്നാണ്.

4. നാനോ ഇൻഡിയം ഓക്സൈഡ് (In2O3) ഉപയോഗിച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ
ഇൻഡിയം ഓക്സൈഡ് (In2O3)ഉയർന്നുവരുന്ന n-തരം അർദ്ധചാലക വാതക സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലാണ്. SnO2, ZnO, Fe2O3 മുതലായവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഇതിന് വിശാലമായ ബാൻഡ് വിടവ്, ചെറിയ പ്രതിരോധശേഷി, ഉയർന്ന കാറ്റലറ്റിക് പ്രവർത്തനം, CO, NO2 എന്നിവയിലേക്കുള്ള ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത എന്നിവയുണ്ട്. നാനോ In2O3 പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന പോറസ് നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ സമീപകാല ഗവേഷണ ഹോട്ട്‌സ്‌പോട്ടുകളിൽ ഒന്നാണ്. മെസോപോറസ് സിലിക്ക ടെംപ്ലേറ്റ് റെപ്ലിക്കേഷൻ വഴി ഓർഡർ ചെയ്ത മെസോപോറസ് In2O3 മെറ്റീരിയലുകൾ ഗവേഷകർ സമന്വയിപ്പിച്ചു. ലഭിച്ച വസ്തുക്കൾക്ക് 450-650 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ നല്ല സ്ഥിരതയുണ്ട്, അതിനാൽ അവ ഉയർന്ന പ്രവർത്തന താപനിലയുള്ള ഗ്യാസ് സെൻസറുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്. അവ മീഥേനിനോട് സംവേദനക്ഷമതയുള്ളവയാണ്, അവ ഏകാഗ്രതയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട സ്ഫോടന നിരീക്ഷണത്തിനായി ഉപയോഗിക്കാം.

5. നാനോ ടങ്സ്റ്റൺ ഓക്സൈഡ് (WO3) ഉപയോഗിച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ
WO3 നാനോകണങ്ങൾഒരു ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ കോമ്പൗണ്ട് അർദ്ധചാലക വസ്തുവാണ്, അത് അതിൻ്റെ നല്ല ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് പ്രോപ്പർട്ടിക്കായി വ്യാപകമായി പഠിക്കുകയും പ്രയോഗിക്കുകയും ചെയ്തു. ട്രൈക്ലിനിക്, മോണോക്ലിനിക്, ഓർത്തോർഹോംബിക് തുടങ്ങിയ സ്ഥിരതയുള്ള ഘടനകൾ നാനോ WO3 ന് ഉണ്ട്. മെസോപോറസ് SiO2 ടെംപ്ലേറ്റായി നാനോ കാസ്റ്റിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് ഗവേഷകർ WO3 നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾ തയ്യാറാക്കി. ശരാശരി 5 nm വലിപ്പമുള്ള മോണോക്ലിനിക് WO3 നാനോപാർട്ടിക്കിളുകൾക്ക് മികച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് പ്രകടനമുണ്ടെന്നും WO3 നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ ഇലക്ട്രോഫോറെറ്റിക് ഡിപ്പോസിഷൻ വഴി ലഭിക്കുന്ന സെൻസർ ജോഡികൾക്ക് NO2 ൻ്റെ കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയിൽ ഉയർന്ന പ്രതികരണമുണ്ടെന്നും കണ്ടെത്തി.

ഷഡ്ഭുജ ഘട്ടം WO3 നാനോക്ലസ്റ്ററുകളുടെ ഏകതാനമായ വിതരണം അയോൺ എക്സ്ചേഞ്ച്-ഹൈഡ്രോതെർമൽ രീതി ഉപയോഗിച്ച് സമന്വയിപ്പിച്ചു. ഗ്യാസ് സെൻസിറ്റിവിറ്റി ടെസ്റ്റ് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് WO3 നാനോക്ലസ്റ്റേർഡ് ഗ്യാസ് സെൻസറിന് കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന ഊഷ്മാവ്, അസെറ്റോൺ, ട്രൈമെത്തിലാമൈൻ എന്നിവയോടുള്ള ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും മികച്ച പ്രതികരണ വീണ്ടെടുക്കൽ സമയവും, മെറ്റീരിയലിൻ്റെ നല്ല ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യത വെളിപ്പെടുത്തുന്നു.

6. നാനോ ടൈറ്റാനിയം ഡയോക്സൈഡ് (TiO2) ഉപയോഗിച്ച ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ
ടൈറ്റാനിയം ഡയോക്സൈഡ് (TiO2)ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് നല്ല താപ സ്ഥിരതയുടെയും ലളിതമായ തയ്യാറെടുപ്പ് പ്രക്രിയയുടെയും ഗുണങ്ങളുണ്ട്, മാത്രമല്ല ക്രമേണ ഗവേഷകർക്ക് മറ്റൊരു ചൂടുള്ള വസ്തുവായി മാറുകയും ചെയ്തു. നിലവിൽ, നാനോ-TiO2 ഗ്യാസ് സെൻസറിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം ഉയർന്നുവരുന്ന നാനോ ടെക്നോളജി ഉപയോഗിച്ച് TiO2 സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ നാനോ ഘടനയിലും പ്രവർത്തനക്ഷമതയിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, കോക്സിയൽ ഇലക്ട്രോസ്പിന്നിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് ഗവേഷകർ മൈക്രോ-നാനോ-സ്കെയിൽ പൊള്ളയായ TiO2 നാരുകൾ നിർമ്മിച്ചു. പ്രിമിക്‌സ്ഡ് സ്‌റ്റാഗ്‌നൻ്റ് ഫ്ലേം ടെക്‌നോളജി ഉപയോഗിച്ച്, ക്രോസ് ഇലക്‌ട്രോഡ് ആവർത്തിച്ച് ടൈറ്റാനിയം ടെട്രൈസോപ്രോപോക്‌സൈഡ് മുൻഗാമിയായി ഒരു പ്രിമിക്‌സ്ഡ് സ്‌റ്റാഗ്‌നൻ്റ് ജ്വാലയിൽ സ്ഥാപിക്കുന്നു, തുടർന്ന് നേരിട്ട് വളർന്ന് TiO2 നാനോപാർട്ടിക്കിളുകളുള്ള പോറസ് മെംബ്രൺ രൂപപ്പെടുന്നു, ഇത് ഒരേസമയം CO. ആനോഡൈസേഷൻ വഴി നാനോട്യൂബ് അറേ SO2 കണ്ടെത്തുന്നതിന് ഇത് ബാധകമാണ്.

7. ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലിനുള്ള നാനോ ഓക്സൈഡ് സംയുക്തങ്ങൾ
നാനോ മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് പൊടികൾ സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് ഗുണങ്ങൾ ഡോപ്പിംഗ് വഴി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, ഇത് മെറ്റീരിയലിൻ്റെ വൈദ്യുതചാലകത ക്രമീകരിക്കുക മാത്രമല്ല, സ്ഥിരതയും തിരഞ്ഞെടുക്കലും മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. വിലയേറിയ ലോഹ മൂലകങ്ങളുടെ ഡോപ്പിംഗ് ഒരു സാധാരണ രീതിയാണ്, നാനോ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പൗഡറിൻ്റെ ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് Au, Ag പോലുള്ള മൂലകങ്ങൾ പലപ്പോഴും ഡോപാൻ്റുകളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. നാനോ ഓക്സൈഡ് സംയോജിത ഗ്യാസ് സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളിൽ പ്രധാനമായും Pd ഡോപ്പ് ചെയ്ത SnO2, Pt-doped γ-Fe2O3, മൾട്ടി-എലമെൻ്റ് ചേർത്ത In2O3 ഹോളോ സ്‌ഫിയർ സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയൽ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് NH3, H2S, CO എന്നിവയുടെ ഇലക്‌റ്റീവ് ഡിറ്റക്ഷൻ തിരിച്ചറിയാൻ അഡിറ്റീവുകൾ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെയും താപനില സെൻസിംഗ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും തിരിച്ചറിയാൻ കഴിയും. കൂടാതെ, WO3 നാനോ ഫിലിം ഒരു ലെയർ ഉപയോഗിച്ച് പരിഷ്‌ക്കരിച്ചിരിക്കുന്നു WO3 ഫിലിമിൻ്റെ പോറസ് ഉപരിതല ഘടന മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് V2O5, അതുവഴി NO2 ലേക്കുള്ള അതിൻ്റെ സംവേദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

നിലവിൽ, ഗ്രാഫീൻ/നാനോ-മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് സംയുക്തങ്ങൾ ഗ്യാസ് സെൻസർ മെറ്റീരിയലുകളിൽ ഒരു ഹോട്ട്‌സ്‌പോട്ടായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ഗ്രാഫീൻ/SnO2 നാനോകമ്പോസിറ്റുകൾ അമോണിയ കണ്ടുപിടിക്കുന്നതിനും NO2 സെൻസിംഗ് മെറ്റീരിയലായും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു.