Jako główne półprzewodnikowe czujniki gazu, półprzewodnikowe czujniki gazu z tlenku metalu nano są szeroko stosowane w produkcji przemysłowej, monitorowaniu środowiska, opiece zdrowotnej i innych dziedzinach ze względu na ich wysoką czułość, niski koszt produkcji i prosty pomiar sygnału.Obecnie badania nad poprawą właściwości wykrywających gaz nanomateriałów wykrywających tlenki metali koncentrują się głównie na rozwoju tlenków metali w nanoskali, takich jak nanostruktura i modyfikacja domieszkowania.

Półprzewodnikowe materiały wykrywające nanotlenek metalu to głównie SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 itp. Elementy czujnika są nadal najczęściej używanymi rezystancyjnymi czujnikami gazu, szybciej rozwijane są również nierezystancyjne czujniki gazów.

Obecnie głównym kierunkiem badań jest otrzymywanie ustrukturyzowanych nanomateriałów o dużej powierzchni właściwej, takich jak nanorurki, nanopręciki, nanoporowate membrany itp. do gazu materiałów.Elementarne domieszkowanie tlenku metalu lub konstrukcja układu nanokompozytowego, wprowadzone domieszki lub składniki kompozytowe mogą pełnić rolę katalityczną, a także mogą stać się nośnikiem pomocniczym do budowy nanostruktury, poprawiając w ten sposób ogólną wydajność wykrywania gazu materiały.

1. Zastosowane materiały do ​​wykrywania gazu Nano tlenek cyny (SnO2)

Tlenek cyny (SnO2) jest rodzajem ogólnie wrażliwego materiału wrażliwego na gaz.Ma dobrą czułość na gazy, takie jak etanol, H2S i CO. Jego wrażliwość na gazy zależy od wielkości cząstek i powierzchni właściwej.Kontrolowanie wielkości nanoproszku SnO2 jest kluczem do poprawy czułości na gaz.

W oparciu o mezoporowate i makroporowate proszki nanotlenku cyny naukowcy przygotowali czujniki grubowarstwowe, które mają wyższą aktywność katalityczną utleniania CO, co oznacza wyższą aktywność wykrywania gazu.Ponadto nanoporowata struktura stała się gorącym punktem w projektowaniu materiałów wykrywających gaz ze względu na duży SSA, bogatą dyfuzję gazu i kanały przenoszenia masy.

2. Zastosowane materiały do ​​wykrywania gazu Nano tlenek żelaza (Fe2O3)

Tlenek żelaza (Fe2O3)ma dwie formy krystaliczne: alfa i gamma, z których oba mogą być używane jako materiały wykrywające gaz, ale ich właściwości wykrywania gazu znacznie się różnią.α-Fe2O3 należy do struktury korundu, którego właściwości fizyczne są stabilne.Jego mechanizm wykrywania gazu jest kontrolowany powierzchniowo, a jego czułość jest niska.γ-Fe2O3 należy do struktury spinelu i jest metastabilny.Jego mechanizm wykrywania gazu polega głównie na kontroli oporu ciała. Ma dobrą czułość, ale słabą stabilność i można go łatwo zmienić na α-Fe2O3 i zmniejszyć wrażliwość na gaz.

Obecne badania koncentrują się na optymalizacji warunków syntezy w celu kontroli morfologii nanocząstek Fe2O3, a następnie poszukiwania odpowiednich materiałów gazowrażliwych, takich jak nanowiązki α-Fe2O3, porowate nanopręciki α-Fe2O3, monodyspersyjne nanostruktury α-Fe2O3, mezopory α-Fe2O3 nanomateriały itp.

3. Zastosowane materiały do ​​wykrywania gazu Nano tlenek cynku (ZnO)
Tlenek cynku (ZnO)jest typowym materiałem wrażliwym na gaz o kontrolowanej powierzchni.Czujnik gazu na bazie ZnO charakteryzuje się wysoką temperaturą roboczą i słabą selektywnością, co czyni go znacznie mniej powszechnym niż nanoproszki SnO2 i Fe2O3.Dlatego też przygotowanie nowej struktury nanomateriałów ZnO, domieszkowanie modyfikacji nano-ZnO w celu obniżenia temperatury roboczej i poprawy selektywności jest przedmiotem badań nad materiałami do wykrywania gazów nano ZnO.

Obecnie rozwój monokrystalicznego elementu wykrywającego gaz nano-ZnO jest jednym z kierunków granicznych, takich jak monokrystaliczne nanopręcikowe czujniki gazu ZnO.

4. Zastosowane materiały do ​​wykrywania gazu Nano tlenek indu (In2O3)
Tlenek indu (In2O3)to wyłaniający się półprzewodnikowy materiał wykrywający gaz typu n.W porównaniu z SnO2, ZnO, Fe2O3 itp. ma szerokie pasmo wzbronione, małą rezystywność i wysoką aktywność katalityczną oraz wysoką czułość na CO i NO2.Porowate nanomateriały reprezentowane przez nano In2O3 są jednym z ostatnich gorących punktów badawczych.Naukowcy zsyntetyzowali uporządkowane mezoporowate materiały In2O3 za pomocą replikacji mezoporowatej matrycy krzemionkowej.Otrzymane materiały charakteryzują się dobrą stabilnością w zakresie 450-650°C, dzięki czemu nadają się do czujników gazu o wyższych temperaturach pracy.Są wrażliwe na metan i mogą być wykorzystywane do monitorowania wybuchów związanych ze stężeniem.

5. Zastosowane materiały do ​​wykrywania gazu Nano tlenek wolframu (WO3)
nanocząsteczki WO3jest materiałem półprzewodnikowym złożonym z metali przejściowych, który był szeroko badany i stosowany ze względu na dobre właściwości wykrywania gazu.Nano WO3 ma stabilne struktury, takie jak trójskośna, jednoskośna i rombowa.Naukowcy przygotowali nanocząsteczki WO3 metodą nanoodlewania, używając mezoporowatego SiO2 jako matrycy.Stwierdzono, że jednoskośne nanocząstki WO3 o średniej wielkości 5 nm mają lepszą skuteczność wykrywania gazu, a pary czujników otrzymane przez osadzanie elektroforetyczne nanocząstek WO3 Niskie stężenia NO2 mają wysoką odpowiedź.

Jednolity rozkład heksagonalnych nanoklastrów WO3 zsyntetyzowano metodą wymiany jonowej-hydrotermalnej.Wyniki testu wrażliwości na gaz pokazują, że nanoklastrowy czujnik gazu WO3 ma niską temperaturę roboczą, wysoką czułość na aceton i trimetyloaminę oraz idealny czas odzyskiwania odpowiedzi, co wskazuje na dobre perspektywy zastosowania materiału.

6. Zastosowane materiały do ​​wykrywania gazów Nano dwutlenek tytanu (TiO2)
Dwutlenek tytanu (TiO2)Materiały wykrywające gaz mają zalety dobrej stabilności termicznej i prostego procesu przygotowania i stopniowo stały się kolejnym gorącym materiałem dla naukowców.Obecnie badania nad czujnikiem gazu nano-TiO2 koncentrują się na nanostrukturze i funkcjonalizacji materiałów wykrywających TiO2 przy użyciu pojawiającej się nanotechnologii.Na przykład naukowcy stworzyli wydrążone włókna TiO2 w skali mikronano za pomocą współosiowej technologii elektroprzędzenia.Wykorzystując technologię wstępnego zmieszania stojącego płomienia, elektroda poprzeczna jest wielokrotnie umieszczana we wstępnie zmieszanym stojącym płomieniu z tetraizopropoksylanem tytanu jako prekursorem, a następnie bezpośrednio hodowana w celu utworzenia porowatej membrany z nanocząstkami TiO2, która jest wrażliwą odpowiedzią na CO. Jednocześnie rośnie uporządkowany TiO2 matrycę nanorurek metodą anodowania i stosuje ją do wykrywania SO2.

7. Kompozyty nanotlenkowe do materiałów wykrywających gaz
Właściwości wykrywania gazów materiałów wykrywających proszki nanotlenków metali można poprawić przez domieszkowanie, które nie tylko dostosowuje przewodność elektryczną materiału, ale także poprawia stabilność i selektywność.Domieszkowanie pierwiastków z metali szlachetnych jest powszechną metodą, a pierwiastki takie jak Au i Ag są często stosowane jako domieszki w celu poprawy wydajności wykrywania gazu w proszku nano tlenku cynku.Kompozytowe materiały do ​​wykrywania gazu z nanotlenkiem obejmują głównie SnO2 domieszkowany Pd, γ-Fe2O3 z domieszką Pt oraz materiał wykrywający pustą kulę z dodatkiem wielu pierwiastków In2O3, który można zrealizować poprzez kontrolowanie dodatków i wykrywanie temperatury w celu realizacji planowego wykrywania NH3, H2S i CO Ponadto nanofilm WO3 jest modyfikowany warstwą V2O5 w celu poprawy porowatej struktury powierzchni filmu WO3, poprawiając w ten sposób jego wrażliwość na NO2.

Obecnie kompozyty grafenu i nano-tlenku metalu stały się gorącym punktem w materiałach czujników gazu.Nanokompozyty grafen/SnO2 są szeroko stosowane jako materiały do ​​wykrywania amoniaku i wykrywania NO2.