Ana katı hal gaz sensörleri olarak nano metal oksit yarı iletken gaz sensörleri, yüksek hassasiyetleri, düşük üretim maliyetleri ve basit sinyal ölçümleri nedeniyle endüstriyel üretim, çevresel izleme, sağlık hizmetleri ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.Şu anda, nano metal oksit algılama malzemelerinin gaz algılama özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik araştırmalar, esas olarak nanoyapı ve doping modifikasyonu gibi nano ölçekli metal oksitlerin geliştirilmesine odaklanmaktadır.

Nano metal oksit yarı iletken algılama malzemeleri temel olarak SnO2, ZnO, Fe2O3,VO2, In2O3, WO3, TiO2, vb.'dir. Sensör bileşenleri hala en yaygın kullanılan dirençli gaz sensörleridir, dirençli olmayan gaz sensörleri de daha hızlı geliştirilmektedir.

Şu anda, ana araştırma yönü, gaz adsorpsiyon kapasitesini ve gaz difüzyon oranını artırmak ve böylece duyarlılığı ve tepki hızını iyileştirmek için nanotüpler, nanoçubuk dizileri, nano gözenekli membranlar vb. gibi geniş spesifik yüzey alanına sahip yapılandırılmış nanomalzemeler hazırlamaktır. malzemelerin gazına.Metal oksidin element katkılanması veya nanokompozit sistemin inşası, katılan katkı maddesi veya kompozit bileşenler katalitik bir rol oynayabilir ve ayrıca nanoyapının inşası için yardımcı bir taşıyıcı haline gelebilir, böylece algılamanın genel gaz algılama performansını geliştirebilir. malzemeler.

1. Kullanılan gaz algılama malzemeleri Nano Kalay Oksit(SnO2)

Kalay oksit (SnO2) bir tür genel hassas gaza duyarlı malzemedir.Etanol, H2S ve CO gibi gazlara karşı iyi bir duyarlılığa sahiptir. Gaz duyarlılığı parçacık boyutuna ve spesifik yüzey alanına bağlıdır.SnO2 nanopowder boyutunu kontrol etmek, gaz hassasiyetini iyileştirmenin anahtarıdır.

Araştırmacılar, gözenekli ve makro gözenekli nano kalay oksit tozlarına dayanarak, CO oksidasyonu için daha yüksek katalitik aktiviteye sahip, yani daha yüksek gaz algılama aktivitesi anlamına gelen kalın film sensörler hazırladılar.Ayrıca, nanogözenekli yapı, geniş SSA'sı, zengin gaz difüzyonu ve kütle transfer kanalları nedeniyle gaz algılayan malzemelerin tasarımında sıcak nokta haline gelmiştir.

2. Nano Demir Oksit (Fe2O3) kullanılan gaz algılama malzemeleri

Demir oksit (Fe2O3)iki kristal formu vardır: alfa ve gama, her ikisi de gaz algılama malzemeleri olarak kullanılabilir, ancak gaz algılama özelliklerinde büyük farklılıklar vardır.α-Fe2O3, fiziksel özellikleri sabit olan korindon yapısına aittir.Gaz algılama mekanizması yüzey kontrollü olup hassasiyeti düşüktür.γ-Fe2O3, spinel yapıya aittir ve metastabildir.Gaz algılama mekanizması temel olarak vücut direnci kontrolüdür. Hassasiyeti iyi ancak stabilitesi zayıftır ve α-Fe2O3'e değiştirmek ve gaz hassasiyetini azaltmak kolaydır.

Mevcut araştırma, Fe2O3 nanoparçacıklarının morfolojisini kontrol etmek için sentez koşullarını optimize etmeye ve ardından α-Fe2O3 nanokirişler, gözenekli α-Fe2O3 nanoçubuklar, monodispers α-Fe2O3 nanoyapılar, mezogözenekler α-Fe2O3 gibi uygun gaza duyarlı malzemeleri taramaya odaklanmaktadır. nanomalzemeler vb.

3. Nano Çinko Oksit (ZnO) kullanılan gaz algılama malzemeleri
Çinko oksit (ZnO)tipik bir yüzey kontrollü gaza duyarlı malzemedir.ZnO tabanlı gaz sensörü, yüksek çalışma sıcaklığına ve zayıf seçiciliğe sahiptir, bu da onu SnO2 ve Fe2O3 nano tozlarından çok daha az yaygın olarak kullanılmasını sağlar.Bu nedenle, ZnO nanomalzemelerin yeni yapısının hazırlanması, çalışma sıcaklığını düşürmek ve seçiciliği geliştirmek için nano-ZnO'nun doping modifikasyonu, nano ZnO gazı algılayan malzemeler üzerindeki araştırmaların odak noktasıdır.

Şu anda, tek kristal nano-ZnO gaz algılama elemanının geliştirilmesi, ZnO tek kristal nanorod gaz sensörleri gibi sınır yönlerinden biridir.

4. Nano İndiyum Oksit (In2O3) kullanılan gaz algılama malzemeleri
İndiyum oksit (In2O3)gelişmekte olan bir n-tipi yarı iletken gaz algılama malzemesidir.SnO2, ZnO, Fe2O3, vb. ile karşılaştırıldığında geniş bant aralığına, küçük özdirenç ve yüksek katalitik aktiviteye ve CO ve NO2'ye karşı yüksek duyarlılığa sahiptir.Nano In2O3 tarafından temsil edilen gözenekli nanomalzemeler, son araştırma sıcak noktalarından biridir.Araştırmacılar, sıralı gözenekli In2O3 malzemelerini, gözenekli silika şablon replikasyonu yoluyla sentezlediler.Elde edilen malzemeler 450-650 °C aralığında iyi bir stabiliteye sahiptir, bu nedenle daha yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip gaz sensörleri için uygundur.Metana karşı hassastırlar ve konsantrasyona bağlı patlama izleme için kullanılabilirler.

5. Nano Tungsten Oksit (WO3) kullanılan gaz algılama malzemeleri
WO3 nanoparçacıklarıiyi gaz algılama özelliği nedeniyle geniş çapta çalışılan ve uygulanan bir geçiş metali bileşik yarı iletken malzemedir.Nano WO3, triclinic, monoclinic ve ortorombic gibi kararlı yapılara sahiptir.Araştırmacılar, şablon olarak gözenekli SiO2 kullanarak nano-döküm yöntemiyle WO3 nanopartiküllerini hazırladılar.Ortalama boyutu 5 nm olan monoklinik WO3 nanopartiküllerinin daha iyi gaz algılama performansına sahip olduğu, WO3 nanopartiküllerinin elektroforetik biriktirilmesi ile elde edilen sensör çiftlerinin düşük NO2 konsantrasyonlarının yüksek tepki verdiği bulunmuştur.

Altıgen fazlı WO3 nanokümelerinin homojen dağılımı, iyon değiştirme-hidrotermal yöntemle sentezlendi.Gaz duyarlılığı test sonuçları, WO3 nanokümelenmiş gaz sensörünün düşük çalışma sıcaklığına, aseton ve trimetilamine karşı yüksek duyarlılığa ve ideal yanıt geri kazanım süresine sahip olduğunu ve malzemenin iyi bir uygulama olasılığını ortaya koyduğunu göstermektedir.

6. Kullanılan gaz algılama malzemeleri Nano Titanyum Dioksit (TiO2)
titanyum dioksit (TiO2)gaz algılama malzemeleri, iyi termal kararlılık ve basit hazırlama süreci avantajlarına sahiptir ve yavaş yavaş araştırmacılar için başka bir sıcak malzeme haline gelmiştir.Şu anda, nano-TiO2 gaz sensörü üzerine yapılan araştırma, gelişmekte olan nanoteknolojiyi kullanarak TiO2 algılama malzemelerinin nanoyapısına ve işlevselleştirilmesine odaklanmaktadır.Örneğin, araştırmacılar koaksiyel elektroeğirme teknolojisi ile mikro-nano ölçekli içi boş TiO2 lifleri yaptılar.Önceden karıştırılmış durağan alev teknolojisi kullanılarak çapraz elektrot, öncü olarak titanyum tetraizopropoksit ile önceden karıştırılmış durgun bir aleve tekrar tekrar yerleştirilir ve daha sonra CO'ya duyarlı yanıt olan TiO2 nanoparçacıkları ile gözenekli zar oluşturmak için doğrudan büyütülür. Eşzamanlı olarak sipariş edilen TiO2'yi büyütür anodizasyon ile nanotüp dizisi ve bunu SO2'nin tespitine uygular.

7. Gaz algılama malzemesi için nano oksit kompozitler
Nano metal oksit tozları algılayan malzemelerin gaz algılama özellikleri, yalnızca malzemenin elektrik iletkenliğini ayarlamakla kalmayan, aynı zamanda kararlılığı ve seçiciliği de artıran katkılama ile iyileştirilebilir.Değerli metal elementlerin katkılanması yaygın bir yöntemdir ve Au ve Ag gibi elementler genellikle nano çinko oksit tozunun gaz algılama performansını iyileştirmek için katkı maddesi olarak kullanılır.Nano oksit kompozit gaz algılama malzemeleri esas olarak Pd katkılı SnO2, Pt katkılı γ-Fe2O3 ve NH3, H2S ve CO'nun seçmeli tespitini gerçekleştirmek için katkı maddelerinin kontrol edilmesi ve sıcaklığın algılanmasıyla gerçekleştirilebilen çok elemanlı eklenmiş In2O3 içi boş küre algılama malzemesini içerir. Ek olarak, WO3 nano filmi, WO3 filminin gözenekli yüzey yapısını iyileştirmek için bir V2O5 tabakası ile modifiye edilir, böylece NO2'ye duyarlılığı artar.

Şu anda, grafen/nano-metal oksit kompozitler, gaz sensörü malzemelerinde sıcak nokta haline geldi.Grafen/SnO2 nanokompozitleri, amonyak algılama ve NO2 algılama malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.