Ca principali senzori de gaz cu stare solidă, senzorii de gaz semiconductor cu nanoxizi metalici sunt utilizați pe scară largă în producția industrială, monitorizarea mediului, îngrijirea sănătății și în alte domenii pentru sensibilitatea lor ridicată, costul de producție scăzut și măsurarea simplă a semnalului.În prezent, cercetările privind îmbunătățirea proprietăților de detectare a gazelor ale materialelor de detectare a nanooxidului de metal se concentrează în principal pe dezvoltarea oxizilor metalici la scară nanometrică, cum ar fi modificarea nanostructurii și dopajul.

Materialele de detectare a semiconductoarelor nanooxid de metal sunt în principal SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 etc. Componentele senzorilor sunt încă cei mai folosiți senzori de gaz rezistiv, senzorii de gaze nerezistivi sunt, de asemenea, dezvoltați mai rapid.

În prezent, direcția principală de cercetare este de a pregăti nanomateriale structurate cu o suprafață specifică mare, cum ar fi nanotuburi, matrice de nanorod, membrane nanoporoase, etc. pentru a crește capacitatea de adsorbție a gazului și rata de difuzie a gazului și astfel îmbunătățirea sensibilității și viteza de răspuns. la gazul materialelor.Dopajul elementar al oxidului metalic sau construcția sistemului nanocompozit, dopantul introdus sau componentele compozite pot juca un rol catalitic și pot deveni, de asemenea, un purtător auxiliar pentru construirea nanostructurii, îmbunătățind astfel performanța generală de detectare a gazului a senzorului. materiale.

1. Materiale de detectare a gazelor utilizate Nanooxid de staniu (SnO2)

Oxid de staniu (SnO2) este un fel de material sensibil general la gaz.Are o sensibilitate bună la gaze precum etanol, H2S și CO. Sensibilitatea sa la gaz depinde de dimensiunea particulelor și de suprafața specifică.Controlul dimensiunii nanopulberei de SnO2 este cheia pentru îmbunătățirea sensibilității la gaz.

Pe baza pulberilor de nano oxid de staniu mezoporoase și macroporoase, cercetătorii au pregătit senzori cu peliculă groasă care au o activitate catalitică mai mare pentru oxidarea CO, ceea ce înseamnă o activitate mai mare de detectare a gazului.În plus, structura nanoporoasă a devenit un punct fierbinte în proiectarea materialelor de detectare a gazelor datorită SSA mare, difuziei bogate de gaz și canalelor de transfer de masă.

2. Materiale de detectare a gazelor utilizate Nanooxid de fier (Fe2O3)

Oxid de fier (Fe2O3)are două forme cristaline: alfa și gamma, ambele putând fi utilizate ca materiale de detectare a gazelor, dar proprietățile de detectare a gazului au diferențe mari.α-Fe2O3 aparține structurii corindonului, ale cărei proprietăți fizice sunt stabile.Mecanismul său de detectare a gazelor este controlat de suprafață, iar sensibilitatea sa este scăzută.γ-Fe2O3 aparține structurii spinelului și este metastabil.Mecanismul său de detectare a gazului este în principal controlul rezistenței corpului. Are o sensibilitate bună, dar o stabilitate slabă și este ușor de schimbat la α-Fe2O3 și reduce sensibilitatea la gaz.

Cercetarea actuală se concentrează pe optimizarea condițiilor de sinteză pentru a controla morfologia nanoparticulelor de Fe2O3, iar apoi pe screening-ul pentru materiale adecvate sensibile la gaz, cum ar fi nanobrazele α-Fe2O3, nanorozele poroase α-Fe2O3, nanostructurile monodisperse α-Fe2O3, mezoporii α-Fe2O3 nanomateriale etc.

3. Materiale de detectare a gazelor utilizate Nanooxid de zinc (ZnO)
Oxid de zinc (ZnO)este un material tipic sensibil la gaz controlat de suprafață.Senzorul de gaz pe bază de ZnO are o temperatură de funcționare ridicată și selectivitate slabă, ceea ce îl face mult mai puțin utilizat decât nanopulberile SnO2 și Fe2O3.Prin urmare, pregătirea unei noi structuri a nanomaterialelor ZnO, modificarea prin dopare a nano-ZnO pentru a reduce temperatura de funcționare și a îmbunătăți selectivitatea este punctul central al cercetării asupra materialelor de detectare a gazului nano ZnO.

În prezent, dezvoltarea elementului de detectare a gazului nano-ZnO monocristal este una dintre direcțiile de frontieră, cum ar fi senzorii de gaz ZnO monocristal nanotide.

4. Materiale de detectare a gazelor utilizate Nanooxid de indiu (In2O3)
Oxid de indiu (In2O3)este un material de detectare a gazului semiconductor de tip n emergent.În comparație cu SnO2, ZnO, Fe2O3 etc., are o bandă interzisă largă, rezistivitate mică și activitate catalitică ridicată și sensibilitate ridicată la CO și NO2.Nanomaterialele poroase reprezentate de nano In2O3 sunt unul dintre punctele fierbinți de cercetare recente.Cercetătorii au sintetizat materiale In2O3 mezoporoase ordonate prin replicarea șablonului de silice mezoporoasă.Materialele obtinute au o stabilitate buna in intervalul 450-650 °C, deci sunt potrivite pentru senzori de gaz cu temperaturi de functionare mai ridicate.Sunt sensibile la metan și pot fi utilizate pentru monitorizarea exploziei legate de concentrație.

5. Materiale de detectare a gazelor utilizate Nano oxid de tungsten (WO3)
Nanoparticule de WO3este un material semiconductor compus dintr-un metal de tranziție care a fost studiat și aplicat pe scară largă pentru proprietățile sale bune de detectare a gazelor.Nano WO3 are structuri stabile precum triclinic, monoclinic și ortorombic.Cercetătorii au pregătit nanoparticule WO3 prin metoda de nano-turnare folosind SiO2 mezoporos ca șablon.S-a descoperit că nanoparticulele monoclinice de WO3 cu o dimensiune medie de 5 nm au performanțe mai bune de detectare a gazului, iar perechile de senzori obținute prin depunerea electroforetică a nanoparticulelor de WO3 Concentrațiile scăzute de NO2 au un răspuns ridicat.

Distribuția omogenă a nanoclusterelor de WO3 în fază hexagonală a fost sintetizată prin metoda schimbului de ioni-hidrotermală.Rezultatele testului de sensibilitate la gaz arată că senzorul de gaz nanoclustered WO3 are o temperatură scăzută de funcționare, o sensibilitate ridicată la acetonă și trimetilamină și un timp ideal de recuperare a răspunsului, dezvăluind o bună perspectivă de aplicare a materialului.

6. Materiale de detectare a gazelor utilizate Nanodioxid de titan (TiO2)
Dioxid de titan (TiO2)Materialele de detectare a gazelor au avantajele unei bune stabilități termice și a unui proces simplu de preparare și au devenit treptat un alt material fierbinte pentru cercetători.În prezent, cercetarea senzorului de gaz nano-TiO2 se concentrează pe nanostructura și funcționalizarea materialelor de detectare a TiO2 prin utilizarea nanotehnologiei emergente.De exemplu, cercetătorii au realizat fibre goale TiO2 la scară micro-nano prin tehnologia de electrofilare coaxială.Folosind tehnologia cu flacără preamestecată, electrodul încrucișat este plasat în mod repetat într-o flacără preamestecată cu tetraizopropoxid de titan ca precursor și apoi crescut direct pentru a forma o membrană poroasă cu nanoparticule de TiO2, care este un răspuns sensibil la CO. Crește simultan TiO2 comandat. matrice de nanotuburi prin anodizare și o aplică la detectarea SO2.

7. Compozite nanooxidice pentru materialul de detectare a gazelor
Proprietățile de detectare a gazelor ale materialelor de detectare a pulberilor de nanoxizi metalici pot fi îmbunătățite prin dopare, care nu numai că ajustează conductibilitatea electrică a materialului, dar îmbunătățește și stabilitatea și selectivitatea.Dopajul elementelor din metale prețioase este o metodă obișnuită, iar elemente precum Au și Ag sunt adesea folosite ca dopanți pentru a îmbunătăți performanța de detectare a gazelor a pulberii de nano oxid de zinc.Materialele de detectare a gazelor compozite nanooxidice includ în principal SnO2 dopat cu Pd, γ-Fe2O3 dopat cu Pt și material de detectare cu sferă goală In2O3 adăugată cu mai multe elemente, care poate fi realizat prin controlul aditivilor și prin detectarea temperaturii pentru a realiza detectarea electivă a NH3, H2S și CO În plus, filmul nano WO3 este modificat cu un strat de V2O5 pentru a îmbunătăți structura suprafeței poroase a filmului WO3, îmbunătățind astfel sensibilitatea acestuia la NO2.

În prezent, compozitele grafen/nano-oxid de metal au devenit un punct fierbinte în materialele senzorilor de gaz.Nanocompozitele grafen/SnO2 au fost utilizate pe scară largă ca materiale de detectare a amoniacului și de detectare a NO2.