Як основні твердотільні газові датчики, нанометалооксидні напівпровідникові газові датчики широко використовуються в промисловому виробництві, моніторингу навколишнього середовища, охороні здоров’я та в інших галузях завдяки їх високій чутливості, низькій вартості виробництва та простому вимірюванню сигналу.Наразі дослідження щодо покращення газочутливих властивостей нанометалооксидних сенсорних матеріалів головним чином зосереджені на розробці нанорозмірних оксидів металів, таких як наноструктура та модифікація легування.

Нанометалооксидні напівпровідникові сенсорні матеріали – це в основному SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2 тощо. Компоненти датчика все ще є найбільш широко використовуваними резистивними газовими датчиками, нерезистивні газові датчики також розробляються швидше.

На даний момент основним напрямком досліджень є отримання структурованих наноматеріалів з великою питомою поверхнею, таких як нанотрубки, масиви нанострижнів, нанопористі мембрани тощо, щоб збільшити адсорбційну здатність газу та швидкість дифузії газу, а отже покращити чутливість та швидкість реакції до газу матеріалів.Елементарне легування оксиду металу або конструкція нанокомпозитної системи, введена добавка або композитні компоненти можуть відігравати роль каталітика, а також можуть стати допоміжним носієм для побудови наноструктури, тим самим покращуючи загальну продуктивність зондування газу. матеріалів.

1. Використані матеріали для вимірювання газу: нанооксид олова (SnO2)

Оксид олова (SnO2) є різновидом загального чутливого до газу матеріалу.Він має хорошу чутливість до таких газів, як етанол, H2S і CO. Його чутливість до газу залежить від розміру частинок і питомої площі поверхні.Контроль розміру нанопорошку SnO2 є ключем до підвищення чутливості до газу.

На основі мезопористих і макропористих нанопорошків оксиду олова дослідники підготували товстоплівкові датчики, які мають вищу каталітичну активність щодо окислення CO, що означає вищу активність чутливості до газу.Крім того, нанопориста структура стала гарячою точкою в розробці матеріалів для датчиків газу завдяки великій SSA, багатим каналам дифузії газу та масообміну.

2. Використані матеріали для вимірювання газу, нанооксид заліза (Fe2O3)

Оксид заліза (Fe2O3)має дві кристалічні форми: альфа та гамма, обидві з яких можуть бути використані як газочутливі матеріали, але їхні газочутливі властивості мають великі відмінності.α-Fe2O3 відноситься до структур корунду, фізичні властивості якого стабільні.Його газочутливий механізм контролюється поверхнею, а його чутливість низька.γ-Fe2O3 відноситься до структури шпінелі і є метастабільним.Його механізм визначення газу в основному контролює опір тіла. Він має хорошу чутливість, але погану стабільність, його легко змінити на α-Fe2O3 і зменшити чутливість до газу.

Поточні дослідження зосереджені на оптимізації умов синтезу для контролю морфології наночастинок Fe2O3, а потім на скринінгу відповідних газочутливих матеріалів, таких як нанопучки α-Fe2O3, пористі нанострижні α-Fe2O3, монодисперсні наноструктури α-Fe2O3, мезопори α-Fe2O3 наноматеріали та ін.

3. Використані матеріали для вимірювання газу, нанооксид цинку (ZnO)
Оксид цинку (ZnO)є типовим чутливим до газу матеріалом із контрольованою поверхнею.Газовий датчик на основі ZnO має високу робочу температуру та низьку селективність, що робить його набагато менш широко використовуваним, ніж нанопорошки SnO2 та Fe2O3.Таким чином, підготовка нової структури наноматеріалів ZnO, модифікація нано-ZnO для зниження робочої температури та покращення селективності є центром дослідження наноматеріалів зондування газу ZnO.

В даний час розробка монокристалічних наностержневих газових сенсорів ZnO є одним із передових напрямків, таких як монокристалічні наностержневі газові сенсори ZnO.

4. Використані матеріали для вимірювання газу, нанооксид індію (In2O3)
Оксид індію (In2O3)це новий напівпровідниковий газочутливий матеріал n-типу.Порівняно з SnO2, ZnO, Fe2O3 тощо, він має широку заборонену зону, малий питомий опір і високу каталітичну активність, а також високу чутливість до CO та NO2.Пористі наноматеріали, представлені нано In2O3, є однією з останніх гарячих точок досліджень.Дослідники синтезували впорядковані мезопористі In2O3 матеріали за допомогою реплікації шаблону мезопористого кремнезему.Отримані матеріали мають добру стабільність в діапазоні 450-650 °C, тому вони придатні для газових датчиків з більш високими робочими температурами.Вони чутливі до метану і можуть використовуватися для моніторингу вибуху, пов’язаного з концентрацією.

5. Використані матеріали для датчиків газу Нанооксид вольфраму (WO3)
Наночастинки WO3є напівпровідниковим матеріалом, що складається з перехідних металів, який широко вивчався та застосовувався через його хороші властивості чутливості до газу.Nano WO3 має стабільні структури, такі як триклінна, моноклінна та ромбічна.Дослідники підготували наночастинки WO3 методом нанолиття, використовуючи мезопористий SiO2 як шаблон.Було виявлено, що моноклінні наночастинки WO3 із середнім розміром 5 нм мають кращі характеристики визначення газу, а сенсорні пари, отримані шляхом електрофоретичного осадження наночастинок WO3 Низькі концентрації NO2, мають високу реакцію.

Іонообмінно-гідротермальним методом синтезовано однорідний розподіл нанокластерів гексагональної фази WO3.Результати тесту на чутливість до газу показують, що датчик нанокластерного газу WO3 має низьку робочу температуру, високу чутливість до ацетону та триметиламіну та ідеальний час відновлення відгуку, що свідчить про гарні перспективи застосування матеріалу.

6. Використані матеріали для вимірювання газу, нанодіоксид титану (TiO2)
Діоксид титану (TiO2)Матеріали для вимірювання газу мають такі переваги, як хороша термічна стабільність і простий процес приготування, і поступово стали ще одним гарячим матеріалом для дослідників.Наразі дослідження нано-TiO2 газового датчика зосереджені на наноструктурі та функціональності TiO2 сенсорних матеріалів за допомогою нових нанотехнологій.Наприклад, дослідники створили мікронанорозмірні порожнисті волокна TiO2 за допомогою технології коаксіального електропрядіння.Використовуючи технологію попередньо змішаного застійного полум’я, перехресний електрод неодноразово поміщають у попередньо змішане застійне полум’я з тетраізопропоксидом титану як попередником, а потім безпосередньо вирощують для формування пористої мембрани з наночастинками TiO2, яка є чутливою реакцією на CO. Одночасно зростає впорядкований TiO2 масив нанотрубок шляхом анодування та застосовує його для виявлення SO2.

7. Нанооксидні композити для газочутливих матеріалів
Сенсорні властивості порошків нанооксидів металів можна покращити за допомогою легування, яке не тільки регулює електропровідність матеріалу, але й покращує стабільність і селективність.Легування елементів дорогоцінних металів є поширеним методом, і такі елементи, як Au та Ag, часто використовуються як легуючі речовини для покращення газочутливості порошку нанооксиду цинку.Нанооксидні композитні газочутливі матеріали в основному включають SnO2, легований Pd, γ-Fe2O3, легований Pt, і порожнистий сферічний сенсорний матеріал In2O3 з додаванням багатьох елементів, який можна реалізувати шляхом контролю добавок і температури вимірювання для здійснення вибіркового виявлення NH3, H2S і CO Крім того, наноплівка WO3 модифікована шаром V2O5 для покращення структури пористої поверхні плівки WO3, тим самим покращуючи її чутливість до NO2.

В даний час композити графен/нанооксид металу стали гарячою точкою в матеріалах газових сенсорів.Нанокомпозити графен/SnO2 широко використовуються як матеріали для детектування аміаку та NO2.