Как основные твердотельные датчики газа, нанометаллооксидные полупроводниковые датчики газа широко используются в промышленном производстве, мониторинге окружающей среды, здравоохранении и других областях благодаря их высокой чувствительности, низкой стоимости производства и простоте измерения сигнала.В настоящее время исследования по улучшению газочувствительных свойств материалов, чувствительных к нанооксидам металлов, в основном сосредоточены на разработке наноразмерных оксидов металлов, таких как наноструктура и легирующая модификация.

Нанометаллооксидные полупроводниковые чувствительные материалы в основном представляют собой SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 и т. д. Компоненты датчика по-прежнему являются наиболее широко используемыми резистивными газовыми датчиками, нерезистивные газовые датчики также разрабатываются быстрее.

В настоящее время основным направлением исследований является получение структурированных наноматериалов с большой удельной поверхностью, таких как нанотрубки, массивы наностержней, нанопористые мембраны и т. д., для увеличения газоадсорбционной способности и скорости диффузии газа и, таким образом, улучшения чувствительности и скорости отклика. к газу материалов.Элементарное легирование оксида металла или построение нанокомпозитной системы, введенные легирующие примеси или композитные компоненты могут играть каталитическую роль, а также могут стать вспомогательным носителем для построения наноструктуры, тем самым улучшая общие характеристики обнаружения газа датчиком. материалы.

1. Используемые газочувствительные материалы Нанооксид олова (SnO2)

Оксид олова (SnO2) является своего рода чувствительным к газу материалом общего назначения.Он обладает хорошей чувствительностью к газам, таким как этанол, H2S и CO. Его чувствительность к газам зависит от размера частиц и удельной поверхности.Контроль размера нанопорошка SnO2 является ключом к повышению чувствительности к газам.

На основе мезопористых и макропористых порошков нанооксида олова исследователи подготовили толстопленочные сенсоры, которые обладают более высокой каталитической активностью в отношении окисления CO, что означает более высокую газочувствительную активность.Кроме того, нанопористая структура стала горячей точкой при разработке газочувствительных материалов из-за ее большого SSA, богатых каналов диффузии газа и массообмена.

2. Используемые газочувствительные материалы Нанооксид железа (Fe2O3)

Оксид железа (Fe2O3)имеет две кристаллические формы: альфа и гамма, обе из которых могут использоваться в качестве материалов для обнаружения газа, но их свойства обнаружения газа сильно различаются.α-Fe2O3 относится к структуре корунда, физические свойства которого стабильны.Его газочувствительный механизм управляется с поверхности, и его чувствительность низка.γ-Fe2O3 относится к структуре шпинели и является метастабильным.Его газочувствительный механизм в основном контролирует сопротивление тела. Он обладает хорошей чувствительностью, но плохой стабильностью, и его легко заменить на α-Fe2O3 и снизить чувствительность к газу.

Текущие исследования сосредоточены на оптимизации условий синтеза для управления морфологией наночастиц Fe2O3, а затем на поиске подходящих газочувствительных материалов, таких как нанопучки α-Fe2O3, пористые наностержни α-Fe2O3, монодисперсные наноструктуры α-Fe2O3, мезопоры α-Fe2O3. наноматериалы и др.

3. Используемые газочувствительные материалы Нанооксид цинка (ZnO)
Оксид цинка (ZnO)является типичным газочувствительным материалом с регулируемой поверхностью.Датчик газа на основе ZnO имеет высокую рабочую температуру и низкую селективность, что делает его гораздо менее популярным, чем нанопорошки SnO2 и Fe2O3.Таким образом, подготовка наноматериалов ZnO с новой структурой, легирование нано-ZnO для снижения рабочей температуры и повышения селективности находится в центре внимания исследований газочувствительных материалов с нано-ZnO.

В настоящее время разработка газочувствительного элемента из монокристаллического нано-ZnO является одним из передовых направлений, таких как сенсоры газа из монокристаллического наностержня ZnO.

4. Используемые газочувствительные материалы Нанооксид индия (In2O3)
Оксид индия (In2O3)представляет собой новый полупроводниковый газочувствительный материал n-типа.По сравнению с SnO2, ZnO, Fe2O3 и т. д. он имеет большую ширину запрещенной зоны, малое удельное сопротивление и высокую каталитическую активность, а также высокую чувствительность к CO и NO2.Пористые наноматериалы, представленные наноIn2O3, являются одной из горячих точек исследований в последнее время.Исследователи синтезировали упорядоченные мезопористые материалы In2O3 посредством репликации шаблона мезопористого кремнезема.Полученные материалы обладают хорошей стабильностью в диапазоне 450-650 °С, поэтому подходят для газовых сенсоров с более высокими рабочими температурами.Они чувствительны к метану и могут использоваться для контроля концентрации взрывов.

5. Используемые газочувствительные материалы Нанооксид вольфрама (WO3)
наночастицы WO3представляет собой полупроводниковый материал на основе соединения переходного металла, который широко изучался и применялся благодаря своим хорошим газочувствительным свойствам.Nano WO3 имеет стабильные структуры, такие как триклинная, моноклинная и орторомбическая.Исследователи приготовили наночастицы WO3 методом нанолитья, используя мезопористый SiO2 в качестве шаблона.Было обнаружено, что моноклинные наночастицы WO3 со средним размером 5 нм обладают лучшими газочувствительными характеристиками, а сенсорные пары, полученные электрофоретическим осаждением наночастиц WO3 при низких концентрациях NO2, имеют высокий отклик.

Гомогенное распределение нанокластеров WO3 гексагональной фазы было синтезировано ионообменно-гидротермальным методом.Результаты испытаний на чувствительность к газу показывают, что нанокластерный датчик газа WO3 имеет низкую рабочую температуру, высокую чувствительность к ацетону и триметиламину и идеальное время восстановления отклика, что свидетельствует о хороших перспективах применения материала.

6. Используемые газочувствительные материалы Нанодиоксид титана (TiO2)
Диоксид титана (TiO2)Газочувствительные материалы обладают преимуществами хорошей термической стабильности и простоты процесса подготовки и постепенно становятся еще одним популярным материалом для исследователей.В настоящее время исследования датчика газа нано-TiO2 сосредоточены на наноструктуре и функционализации чувствительных материалов TiO2 с использованием новых нанотехнологий.Например, исследователи изготовили полые волокна TiO2 микро-наноразмера с помощью технологии коаксиального электропрядения.Используя технологию предварительно перемешанного застойного пламени, поперечный электрод неоднократно помещают в предварительно смешанное застойное пламя с тетраизопропоксидом титана в качестве прекурсора, а затем непосредственно выращивают для формирования пористой мембраны с наночастицами TiO2, которая является чувствительной реакцией на CO. Одновременно выращивается упорядоченный TiO2 массив нанотрубок анодированием и применяет его для обнаружения SO2.

7. Нанооксидные композиты для газочувствительного материала.
Газочувствительные свойства чувствительных материалов из порошков оксидов нанометаллов могут быть улучшены за счет легирования, которое не только регулирует электропроводность материала, но также улучшает стабильность и селективность.Легирование элементов из драгоценных металлов является распространенным методом, и такие элементы, как Au и Ag, часто используются в качестве легирующих присадок для улучшения характеристик обнаружения газа порошком нанооксида цинка.Нанооксидные композитные газочувствительные материалы в основном включают SnO2, легированный Pd, γ-Fe2O3, легированный Pt, и полые сферические сенсорные материалы In2O3 с добавлением нескольких элементов, которые могут быть реализованы путем контроля добавок и температуры измерения для реализации выборочного обнаружения NH3, H2S и CO. Кроме того, нанопленка WO3 модифицирована слоем V2O5 для улучшения пористой структуры поверхности пленки WO3, тем самым повышая ее чувствительность к NO2.

В настоящее время композиты графен/оксид нанометалла стали популярными в материалах для газовых датчиков.Нанокомпозиты графен/SnO2 широко используются в качестве материалов для обнаружения аммиака и NO2.