Als belangrijkste solid-state gassensoren worden nanometaaloxide halfgeleidergassensoren veel gebruikt in industriële productie, milieubewaking, gezondheidszorg en andere gebieden vanwege hun hoge gevoeligheid, lage fabricagekosten en eenvoudige signaalmeting.Op dit moment richt onderzoek naar de verbetering van gasdetectie-eigenschappen van nanometaaloxidedetectiematerialen zich voornamelijk op de ontwikkeling van metaaloxiden op nanoschaal, zoals nanostructuur en dopingmodificatie.

Nano-metaaloxide halfgeleiderdetectiematerialen zijn voornamelijk SnO2, ZnO, Fe2O3, VO2, In2O3, WO3, TiO2, enz. De sensorcomponenten zijn nog steeds de meest gebruikte resistieve gassensoren, niet-resistieve gassensoren worden ook sneller ontwikkeld.

Op dit moment is de belangrijkste onderzoeksrichting het bereiden van gestructureerde nanomaterialen met een groot specifiek oppervlak, zoals nanobuisjes, nanorod-arrays, nanoporeuze membranen, enz. Om de gasadsorptiecapaciteit en de gasdiffusiesnelheid te vergroten en zo de gevoeligheid en reactiesnelheid te verbeteren vergassen van de materialen.De elementaire dotering van het metaaloxide, of de constructie van het nanocomposietsysteem, de geïntroduceerde doteerstof of composietcomponenten kunnen een katalytische rol spelen en kunnen ook een hulpdrager worden voor het construeren van de nanostructuur, waardoor de algehele gasdetectieprestaties van de detectie worden verbeterd. materialen.

1. Gebruikte gasdetectiematerialen Nano-tinoxide (SnO2)

Tinoxide (SnO2) is een soort algemeen gevoelig gasgevoelig materiaal.Het heeft een goede gevoeligheid voor gassen zoals ethanol, H2S en CO. De gasgevoeligheid hangt af van de deeltjesgrootte en het specifieke oppervlak.Het beheersen van de grootte van SnO2-nanopoeder is de sleutel tot het verbeteren van de gasgevoeligheid.

Op basis van mesoporeuze en macroporeuze nano-tinoxidepoeders hebben de onderzoekers dikke-filmsensoren gemaakt die een hogere katalytische activiteit hebben voor CO-oxidatie, wat een hogere gasdetectie-activiteit betekent.Bovendien is de nanoporeuze structuur een hotspot geworden in het ontwerp van gasgevoelige materialen vanwege de grote SSA, rijke gasdiffusie en massaoverdrachtskanalen.

2. Gebruikte gasdetectiematerialen Nano-ijzeroxide (Fe2O3)

IJzeroxide (Fe2O3)heeft twee kristalvormen: alfa en gamma, die beide kunnen worden gebruikt als gasdetectiematerialen, maar de gasdetectie-eigenschappen ervan hebben grote verschillen.α-Fe2O3 behoort tot de korundstructuur, waarvan de fysische eigenschappen stabiel zijn.Het gasdetectiemechanisme wordt aan het oppervlak gecontroleerd en de gevoeligheid is laag.γ-Fe2O3 behoort tot de spinelstructuur en is metastabiel.Het gasdetectiemechanisme is voornamelijk controle van de lichaamsweerstand. Het heeft een goede gevoeligheid maar slechte stabiliteit en is gemakkelijk te veranderen naar α-Fe2O3 en de gasgevoeligheid te verminderen.

Het huidige onderzoek richt zich op het optimaliseren van de synthesecondities om de morfologie van Fe2O3-nanodeeltjes te beheersen, en vervolgens te screenen op geschikte gasgevoelige materialen, zoals α-Fe2O3-nanobundels, poreuze α-Fe2O3-nanostaafjes, monodisperse α-Fe2O3-nanostructuren, mesoporiën α-Fe2O3 nanomaterialen, enz.

3. Gebruikte gasdetectiematerialen Nano-zinkoxide (ZnO)
Zinkoxide (ZnO)is een typisch oppervlaktegecontroleerd gasgevoelig materiaal.De op ZnO gebaseerde gassensor heeft een hoge bedrijfstemperatuur en slechte selectiviteit, waardoor hij veel minder vaak wordt gebruikt dan SnO2- en Fe2O3-nanopoeders.Daarom is de voorbereiding van een nieuwe structuur van ZnO-nanomaterialen, dopingmodificatie van nano-ZnO om de bedrijfstemperatuur te verlagen en de selectiviteit te verbeteren, de focus van onderzoek naar nano ZnO-gasdetectiematerialen.

Op dit moment is de ontwikkeling van enkelkristallen nano-ZnO-gasdetectie-elementen een van de grensrichtingen, zoals ZnO enkelkristallen nanostaaf-gassensoren.

4. Gebruikte gasdetectiematerialen Nano Indium Oxide (In2O3)
Indiumoxide (In2O3)is een opkomend n-type halfgeleidergasdetectiemateriaal.Vergeleken met SnO2, ZnO, Fe2O3, enz., heeft het een brede bandafstand, een kleine soortelijke weerstand en een hoge katalytische activiteit, en een hoge gevoeligheid voor CO en NO2.Poreuze nanomaterialen vertegenwoordigd door nano In2O3 zijn een van de recente onderzoekshotspots.De onderzoekers synthetiseerden geordende mesoporeuze In2O3-materialen door middel van mesoporeuze silica-template-replicatie.De verkregen materialen hebben een goede stabiliteit in het bereik van 450-650 °C, dus ze zijn geschikt voor gassensoren met hogere bedrijfstemperaturen.Ze zijn gevoelig voor methaan en kunnen worden gebruikt voor concentratiegerelateerde explosiebewaking.

5. Gebruikte gasdetectiematerialen Nano Tungsten Oxide (WO3)
WO3 nanodeeltjesis een halfgeleidermateriaal van een overgangsmetaalverbinding dat uitgebreid is bestudeerd en toegepast vanwege zijn goede gasdetectie-eigenschappen.Nano WO3 heeft stabiele structuren zoals trikliene, monokliene en orthorhombische.De onderzoekers bereidden WO3-nanodeeltjes voor met behulp van nano-gietmethode met behulp van mesoporeuze SiO2 als sjabloon.Er werd gevonden dat de monokliene WO3-nanodeeltjes met een gemiddelde grootte van 5 nm betere gasdetectieprestaties hebben, en de sensorparen die worden verkregen door elektroforetische depositie van WO3-nanodeeltjes. Lage NO2-concentraties hebben een hoge respons.

De homogene verdeling van W03-nanoclusters in hexagonale fase werd gesynthetiseerd door middel van ionenuitwisseling-hydrothermische methode.De resultaten van de gasgevoeligheidstest tonen aan dat de WO3 nanogeclusterde gassensor een lage bedrijfstemperatuur heeft, een hoge gevoeligheid voor aceton en trimethylamine en een ideale reactiehersteltijd, wat een goed toepassingsperspectief van het materiaal onthult.

6. Gebruikte gasdetectiematerialen Nano Titanium Dioxide (TiO2)
Titaandioxide (TiO2)gasgevoelige materialen hebben de voordelen van een goede thermische stabiliteit en een eenvoudig bereidingsproces, en zijn geleidelijk een ander heet materiaal voor onderzoekers geworden.Op dit moment richt het onderzoek naar nano-TiO2-gassensoren zich op de nanostructuur en functionalisering van TiO2-detectiematerialen door gebruik te maken van opkomende nanotechnologie.Onderzoekers hebben bijvoorbeeld holle TiO2-vezels op micro-nanoschaal gemaakt door middel van coaxiale elektrospintechnologie.Met behulp van de voorgemengde stilstaande vlamtechnologie wordt de kruiselektrode herhaaldelijk in een voorgemengde stilstaande vlam geplaatst met titaniumtetraisopropoxide als de voorloper, en vervolgens direct gegroeid om het poreuze membraan te vormen met TiO2-nanodeeltjes, dat gevoelig reageert op CO. Tegelijkertijd groeit de geordende TiO2 nanobuisarray door anodisatie en past het toe op de detectie van SO2.

7. Nanooxide-composieten voor gasdetectiemateriaal
De gasdetectie-eigenschappen van nano-metaaloxidepoeders die materialen detecteren, kunnen worden verbeterd door doping, wat niet alleen de elektrische geleidbaarheid van het materiaal aanpast, maar ook de stabiliteit en selectiviteit verbetert.Doping van edelmetaalelementen is een gebruikelijke methode, en elementen zoals Au en Ag worden vaak gebruikt als doteermiddelen om de gasdetectieprestaties van nano-zinkoxidepoeder te verbeteren.Gasdetectiematerialen van nanooxidecomposiet omvatten voornamelijk Pd-gedoteerd SnO2, Pt-gedoteerd γ-Fe2O3 en multi-element toegevoegd In2O3-detectiemateriaal met holle bolletjes, dat kan worden gerealiseerd door additieven en detectietemperatuur te regelen om electieve detectie van NH3, H2S en CO te realiseren Bovendien is WO3-nanofilm gemodificeerd met een laag V2O5 om de poreuze oppervlaktestructuur van WO3-film te verbeteren, waardoor de gevoeligheid voor NO2 wordt verbeterd.

Op dit moment zijn grafeen/nano-metaaloxide-composieten een hotspot geworden in gassensormaterialen.Grafeen / SnO2-nanocomposieten worden veel gebruikt als ammoniakdetectie- en NO2-detectiematerialen.