Ako hlavné plynové senzory v tuhom stave sú polovodičové plynové senzory nano-oxidu kovov široko používané v priemyselnej výrobe, monitorovaní životného prostredia, zdravotnej starostlivosti a iných oblastiach pre svoju vysokú citlivosť, nízke výrobné náklady a jednoduché meranie signálu.V súčasnosti sa výskum zlepšenia vlastností snímania plynov nano materiálov na snímanie oxidov kovov zameriava najmä na vývoj oxidov kovov v nanorozmere, ako je nanoštruktúra a dopingová modifikácia.

Nano-oxidové polovodičové snímacie materiály sú najmä SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 atď. Komponenty snímačov sú stále najpoužívanejšie odporové snímače plynov, rýchlejšie sa vyvíjajú aj bezodporové snímače plynov.

V súčasnosti je hlavným smerom výskumu príprava štruktúrovaných nanomateriálov s veľkým špecifickým povrchom, ako sú nanorúrky, polia nanorúd, nanoporézne membrány atď., aby sa zvýšila kapacita adsorpcie plynu a rýchlosť difúzie plynu, a tým sa zlepšila citlivosť a rýchlosť odozvy. na plyn materiálov.Elementárne dopovanie oxidu kovu alebo konštrukcia nanokompozitného systému, zavedený dopant alebo kompozitné zložky môžu hrať katalytickú úlohu a môžu sa tiež stať pomocným nosičom na konštrukciu nanoštruktúry, čím sa zlepší celkový výkon snímania plynu. materiálov.

1. Použité materiály na snímanie plynu Nano Oxid cínu (SnO2)

Oxid cínu (SnO2) je druh všeobecne citlivého materiálu citlivého na plyn.Má dobrú citlivosť na plyny ako etanol, H2S a CO. Jeho citlivosť na plyny závisí od veľkosti častíc a špecifického povrchu.Ovládanie veľkosti nanoprášku SnO2 je kľúčom k zlepšeniu citlivosti na plyny.

Na základe mezoporéznych a makroporéznych práškov nano oxidu cínu vedci pripravili senzory s hrubým filmom, ktoré majú vyššiu katalytickú aktivitu pre oxidáciu CO, čo znamená vyššiu aktivitu pri snímaní plynov.Okrem toho sa nanoporézna štruktúra stala horúcim miestom v dizajne materiálov na snímanie plynu vďaka svojej veľkej SSA, bohatej difúzii plynu a kanálom na prenos hmoty.

2. Použité materiály na snímanie plynu Nano oxid železitý (Fe2O3)

Oxid železitý (Fe2O3)má dve kryštálové formy: alfa a gama, pričom obe môžu byť použité ako materiály na snímanie plynu, ale ich vlastnosti snímania plynu majú veľké rozdiely.α-Fe2O3 patrí do štruktúry korundu, ktorého fyzikálne vlastnosti sú stabilné.Jeho mechanizmus snímania plynu je povrchovo riadený a jeho citlivosť je nízka.γ-Fe2O3 patrí do spinelovej štruktúry a je metastabilný.Jeho mechanizmus snímania plynu je hlavne kontrola odporu tela. Má dobrú citlivosť, ale zlú stabilitu a je ľahké ho zmeniť na α-Fe2O3 a znížiť citlivosť na plyn.

Súčasný výskum sa zameriava na optimalizáciu podmienok syntézy na kontrolu morfológie nanočastíc Fe2O3 a následne na skríning vhodných materiálov citlivých na plyn, ako sú nanolúče α-Fe2O3, porézne nanotyčinky α-Fe2O3, monodisperzné nanoštruktúry α-Fe2O3, mezopóry α-Fe2O3 nanomateriály atď.

3. Použité materiály na snímanie plynu Nano oxid zinočnatý (ZnO)
Oxid zinočnatý (ZnO)je typický povrchovo riadený materiál citlivý na plyn.Plynový senzor na báze ZnO má vysokú prevádzkovú teplotu a zlú selektivitu, vďaka čomu je oveľa menej používaný ako nanoprášky SnO2 a Fe2O3.Preto je príprava novej štruktúry nanomateriálov ZnO, dopingová modifikácia nano-ZnO na zníženie prevádzkovej teploty a zlepšenie selektivity stredobodom výskumu materiálov na snímanie plynu nano ZnO.

V súčasnosti je vývoj monokryštálového nano-ZnO plynového snímacieho prvku jedným z hraničných smerov, ako sú ZnO monokryštálové nanorodové plynové senzory.

4. Použité materiály na snímanie plynu Nano oxid india (In2O3)
Oxid indium (In2O3)je vznikajúci polovodičový plyn typu n snímajúci materiál.V porovnaní s SnO2, ZnO, Fe2O3 atď., Má široký zakázaný pás, malý odpor a vysokú katalytickú aktivitu a vysokú citlivosť na CO a NO2.Porézne nanomateriály reprezentované nano In2O3 sú jedným z nedávnych hotspotov výskumu.Výskumníci syntetizovali usporiadané mezoporézne materiály In2O3 pomocou replikácie mezoporézneho oxidu kremičitého.Získané materiály majú dobrú stabilitu v rozsahu 450-650 °C, preto sú vhodné pre snímače plynov s vyššími prevádzkovými teplotami.Sú citlivé na metán a možno ich použiť na monitorovanie výbuchu súvisiaceho s koncentráciou.

5. Použité materiály na snímanie plynu Nano Tungsten Oxide (WO3)
Nanočastice WO3je polovodičový materiál so zlúčeninou prechodného kovu, ktorý bol široko študovaný a aplikovaný pre svoju dobrú schopnosť snímať plyn.Nano WO3 má stabilné štruktúry ako triklinické, monoklinické a ortorombické.Výskumníci pripravili nanočastice WO3 metódou nano-casting s použitím mezoporézneho SiO2 ako šablóny.Zistilo sa, že monoklinické nanočastice W03 s priemernou veľkosťou 5 nm majú lepší výkon pri snímaní plynu a páry snímačov získané elektroforetickou depozíciou nanočastíc W03 Nízke koncentrácie N02 majú vysokú odozvu.

Homogénna distribúcia hexagonálnych fázových nanoklastrov WO3 bola syntetizovaná iónomeničovou hydrotermálnou metódou.Výsledky testu citlivosti na plyn ukazujú, že nanoklastrový plynový senzor WO3 má nízku prevádzkovú teplotu, vysokú citlivosť na acetón a trimetylamín a ideálnu dobu zotavenia odozvy, čo odhaľuje dobrú perspektívu použitia materiálu.

6. Použité materiály na snímanie plynu Nano oxid titaničitý (TiO2)
Oxid titaničitý (TiO2)materiály na snímanie plynu majú výhody dobrej tepelnej stability a jednoduchého procesu prípravy a postupne sa stali ďalším horúcim materiálom pre výskumníkov.V súčasnosti sa výskum nano-TiO2 plynového senzora zameriava na nanoštruktúru a funkcionalizáciu materiálov na snímanie TiO2 pomocou vznikajúcej nanotechnológie.Výskumníci napríklad vyrobili duté vlákna TiO2 v mikronanoúrovni pomocou technológie koaxiálneho elektrostatického zvlákňovania.Pomocou technológie vopred zmiešaného stagnujúceho plameňa sa krížová elektróda opakovane umiestni do vopred zmiešaného stagnujúceho plameňa s izopropoxidom titaničitým ako prekurzorom a potom sa priamo pestuje za vzniku poréznej membrány s nanočasticami TiO2, ktorá je citlivou odozvou na CO. Súčasne rastie objednaný TiO2 pole nanorúriek anodizáciou a aplikuje ju na detekciu SO2.

7. Nanooxidové kompozity pre materiál snímajúci plyn
Vlastnosti snímania plynov práškovými materiálmi na snímanie nano oxidov kovov možno zlepšiť dopovaním, ktoré nielen upravuje elektrickú vodivosť materiálu, ale zlepšuje aj stabilitu a selektivitu.Dopovanie prvkov drahých kovov je bežnou metódou a prvky ako Au a Ag sa často používajú ako dopanty na zlepšenie výkonu pri snímaní plynu nanopráškom oxidu zinočnatého.Nanooxidové kompozitné materiály na snímanie plynov zahŕňajú hlavne Pd dopovaný SnO2, Pt dopovaný γ-Fe2O3 a viacprvkový pridaný In2O3 snímací materiál dutých guľôčok, ktorý je možné realizovať riadením aditív a snímacej teploty na realizáciu selektívnej detekcie NH3, H2S a CO Okrem toho je nanofilm WO3 modifikovaný vrstvou V205, aby sa zlepšila porézna povrchová štruktúra filmu WO3, čím sa zlepšila jeho citlivosť na NO2.

V súčasnosti sa kompozity grafén / nano-oxid kovu stali aktívnym bodom v materiáloch senzorov plynu.Nanokompozity grafén / SnO2 sa široko používajú ako materiály na detekciu amoniaku a snímanie NO2.