ในฐานะที่เป็นเซ็นเซอร์ก๊าซโซลิดสเตตหลัก เซ็นเซอร์ก๊าซสารกึ่งตัวนำออกไซด์ของโลหะนาโนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตทางอุตสาหกรรม การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม การดูแลสุขภาพ และสาขาอื่นๆ สำหรับความไวสูง ต้นทุนการผลิตต่ำ และการวัดสัญญาณอย่างง่ายในปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงคุณสมบัติการตรวจวัดก๊าซของวัสดุตรวจวัดออกไซด์ของโลหะระดับนาโนมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาออกไซด์ของโลหะระดับนาโนเป็นหลัก เช่น โครงสร้างนาโนและการดัดแปลงสารเจือปน

วัสดุตรวจจับสารกึ่งตัวนำออกไซด์ของโลหะนาโนส่วนใหญ่เป็น SnO2, ZnO, Fe2O3,VO2, In2O3, WO3, TiO2 เป็นต้น ส่วนประกอบเซ็นเซอร์ยังคงเป็นเซ็นเซอร์ก๊าซตัวต้านทานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เซ็นเซอร์ก๊าซที่ไม่ต้านทานก็ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเช่นกัน

ในปัจจุบัน ทิศทางการวิจัยหลักคือการเตรียมวัสดุนาโนที่มีโครงสร้างที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ เช่น ท่อนาโน ท่อนาโนอาร์เรย์นาโน เยื่อนาโนพรุน ฯลฯ เพื่อเพิ่มความสามารถในการดูดซับก๊าซและอัตราการแพร่ของก๊าซ และทำให้ความไวและความเร็วในการตอบสนองดีขึ้น ให้เป็นแก๊สของวัสดุการเจือธาตุของออกไซด์ของโลหะ หรือการสร้างระบบนาโนคอมโพสิต สารเจือปนหรือส่วนประกอบเชิงประกอบที่แนะนำสามารถมีบทบาทในการเร่งปฏิกิริยา และยังสามารถกลายเป็นตัวพาเสริมสำหรับการสร้างโครงสร้างนาโน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการตรวจจับก๊าซโดยรวมของการตรวจจับ วัสดุ.

1. วัสดุตรวจจับก๊าซที่ใช้ Nano Tin Oxide(SnO2)

ทินออกไซด์ (SnO2) เป็นวัสดุไวต่อก๊าซชนิดหนึ่งที่ไวต่อปฏิกิริยาทั่วไปมีความไวต่อก๊าซเช่น เอทานอล H2S และ CO เป็นอย่างดี ความไวต่อก๊าซขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคและพื้นที่ผิวจำเพาะการควบคุมขนาดของผงนาโน SnO2 เป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงความไวของก๊าซ

นักวิจัยได้เตรียมเซนเซอร์แบบฟิล์มหนาที่มีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของ CO สูงขึ้น โดยอิงจากผงนาโนทินออกไซด์ชนิด mesoporous และ macroporous ได้เตรียมเซนเซอร์แบบฟิล์มหนาที่มีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาที่สูงขึ้นสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันของ CO ซึ่งหมายถึงกิจกรรมการตรวจจับก๊าซที่สูงขึ้นนอกจากนี้ โครงสร้างรูพรุนระดับนาโนยังกลายเป็นจุดที่น่าสนใจในการออกแบบวัสดุตรวจจับก๊าซ เนื่องจากมี SSA ขนาดใหญ่ การแพร่กระจายของก๊าซที่หลากหลาย และช่องทางการถ่ายเทมวล

2. วัสดุตรวจจับก๊าซที่ใช้ Nano Iron Oxide(Fe2O3)

เหล็กออกไซด์ (Fe2O3)มีรูปแบบผลึกสองรูปแบบ: แอลฟาและแกมมา ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถใช้เป็นวัสดุตรวจจับก๊าซได้ แต่คุณสมบัติการตรวจจับก๊าซของพวกมันมีความแตกต่างกันมากα-Fe2O3 เป็นของโครงสร้างคอรันดัมซึ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพที่เสถียรกลไกการตรวจจับก๊าซถูกควบคุมโดยพื้นผิว และความไวต่ำγ-Fe2O3 เป็นของโครงสร้างสปิเนลและสามารถแพร่กระจายได้กลไกการตรวจจับก๊าซของมันคือการควบคุมความต้านทานของร่างกายเป็นหลัก มีความไวที่ดีแต่ความเสถียรต่ำ และง่ายต่อการเปลี่ยนเป็น α-Fe2O3 และลดความไวของก๊าซ

การวิจัยในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การปรับเงื่อนไขการสังเคราะห์ให้เหมาะสมเพื่อควบคุมสัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโน Fe2O3 จากนั้นจึงคัดกรองวัสดุที่ไวต่อก๊าซที่เหมาะสม เช่น ลำแสงนาโน α-Fe2O3, แท่งนาโน α-Fe2O3 ที่มีรูพรุน, โครงสร้างนาโน α-Fe2O3 ที่มีรูพรุน, โครงสร้างนาโน α-Fe2O3 แบบแยกส่วน, mesopores α-Fe2O3 วัสดุนาโน ฯลฯ

3. วัสดุตรวจจับก๊าซที่ใช้นาโนซิงค์ออกไซด์ (ZnO)
ซิงค์ออกไซด์ (ZnO)เป็นวัสดุที่ไวต่อก๊าซควบคุมพื้นผิวโดยทั่วไปเซ็นเซอร์ก๊าซที่ใช้ ZnO มีอุณหภูมิในการทำงานสูงและมีความสามารถในการคัดเลือกต่ำ ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายน้อยกว่าผงนาโน SnO2 และ Fe2O3ดังนั้น การเตรียมโครงสร้างใหม่ของวัสดุนาโน ZnO การปรับสารกระตุ้นของนาโน ZnO เพื่อลดอุณหภูมิในการทำงานและปรับปรุงความสามารถในการคัดเลือก จึงเป็นจุดเน้นของการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุตรวจวัดก๊าซนาโน ZnO

ในปัจจุบัน การพัฒนาองค์ประกอบการตรวจจับก๊าซแบบผลึกเดี่ยวนาโน ZnO เป็นหนึ่งในทิศทางที่ล้ำหน้ากว่า เช่น เซ็นเซอร์ก๊าซแบบผลึกเดี่ยวนาโน ZnO

4. วัสดุตรวจจับก๊าซที่ใช้นาโนอินเดียมออกไซด์ (In2O3)
อินเดียมออกไซด์ (In2O3)เป็นวัสดุตรวจจับก๊าซเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ที่เกิดขึ้นใหม่เมื่อเทียบกับ SnO2, ZnO, Fe2O3 เป็นต้น มันมีช่องว่างแถบกว้าง ความต้านทานต่ำและมีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาสูง และมีความไวสูงต่อ CO และ NO2วัสดุนาโนที่มีรูพรุนซึ่งแสดงโดยนาโน In2O3 เป็นหนึ่งในฮอตสปอตการวิจัยล่าสุดนักวิจัยได้สังเคราะห์วัสดุ In2O3 แบบ mesoporous โดยใช้การจำลองแม่แบบแบบ mesoporous silicaวัสดุที่ได้จะมีความเสถียรที่ดีในช่วง 450-650 °C ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับเซ็นเซอร์ก๊าซที่มีอุณหภูมิการทำงานสูงกว่ามีความไวต่อมีเทนและสามารถใช้สำหรับการตรวจวัดการระเบิดที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้น

5. วัสดุตรวจจับก๊าซที่ใช้นาโนทังสเตนออกไซด์ (WO3)
WO3 อนุภาคนาโนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผสมโลหะทรานซิชันซึ่งได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางและนำไปใช้สำหรับคุณสมบัติการตรวจจับก๊าซที่ดีNano WO3 มีโครงสร้างที่เสถียร เช่น ไตรคลินิก โมโนคลินิก และออร์โธฮอมบิกนักวิจัยเตรียมอนุภาคนาโน WO3 ด้วยวิธีการหล่อนาโนโดยใช้ mesoporous SiO2 เป็นแม่แบบพบว่าอนุภาคนาโน WO3 ชนิดโมโนคลินิกที่มีขนาดเฉลี่ย 5 นาโนเมตรมีประสิทธิภาพการตรวจจับก๊าซที่ดีกว่า และคู่เซ็นเซอร์ที่ได้จากการสะสมด้วยไฟฟ้าของอนุภาคนาโน WO3 ที่มีความเข้มข้นต่ำของ NO2 มีการตอบสนองสูง

การกระจายตัวที่เป็นเนื้อเดียวกันของคลัสเตอร์นาโน WO3 เฟสหกเหลี่ยมถูกสังเคราะห์โดยวิธีแลกเปลี่ยนไอออน-ไฮโดรเทอร์มอลผลการทดสอบความไวของก๊าซแสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์ก๊าซคลัสเตอร์นาโน WO3 มีอุณหภูมิในการทำงานต่ำ มีความไวสูงต่ออะซีโตนและไตรเมทิลลามีน และเวลาในการตอบสนองในการกู้คืนที่เหมาะสม ซึ่งเผยให้เห็นถึงโอกาสการใช้งานที่ดีของวัสดุ

6. วัสดุตรวจจับก๊าซที่ใช้นาโนไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2)
ไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2)วัสดุตรวจวัดก๊าซมีข้อได้เปรียบในด้านเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและมีกระบวนการเตรียมที่ง่าย และค่อยๆ กลายเป็นวัสดุร้อนอีกชนิดหนึ่งสำหรับนักวิจัยในปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับเซ็นเซอร์วัดก๊าซ TiO2 ระดับนาโนมุ่งเน้นไปที่โครงสร้างนาโนและการทำงานของวัสดุตรวจวัด TiO2 โดยใช้นาโนเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่ตัวอย่างเช่น นักวิจัยได้สร้างเส้นใย TiO2 แบบกลวงขนาดไมโครนาโนด้วยเทคโนโลยีการปั่นด้วยไฟฟ้าแบบโคแอกเชียลด้วยการใช้เทคโนโลยีเปลวไฟหยุดนิ่งแบบผสมล่วงหน้า ครอสอิเล็กโทรดจะถูกวางซ้ำๆ ในเปลวไฟนิ่งแบบผสมล่วงหน้าที่มีไททาเนียมเตตระไอโซโพรพอกไซด์เป็นสารตั้งต้น จากนั้นจึงเติบโตโดยตรงเพื่อสร้างเมมเบรนที่มีรูพรุนด้วยอนุภาคนาโน TiO2 ซึ่งตอบสนองไวต่อ CO2 เพิ่ม TiO2 ที่สั่งไปพร้อมกัน ท่อนาโนอาร์เรย์โดยการชุบผิวและนำไปใช้กับการตรวจจับ SO2

7. คอมโพสิตนาโนออกไซด์สำหรับวัสดุตรวจวัดก๊าซ
คุณสมบัติการตรวจจับก๊าซของวัสดุตรวจวัดผงออกไซด์ของโลหะนาโนสามารถปรับปรุงได้โดยการเติม ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความเสถียรและการเลือกอีกด้วยการเจือองค์ประกอบโลหะมีค่าเป็นวิธีการทั่วไป และองค์ประกอบต่างๆ เช่น Au และ Ag มักถูกใช้เป็นสารเจือเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตรวจจับก๊าซของผงนาโนซิงค์ออกไซด์วัสดุตรวจจับก๊าซคอมโพสิตนาโนออกไซด์ส่วนใหญ่ประกอบด้วย Pd doped SnO2, Pt-doped γ-Fe2O3 และวัสดุตรวจจับทรงกลมกลวง In2O3 ที่เติมหลายองค์ประกอบ ซึ่งสามารถรับรู้ได้โดยการควบคุมสารเติมแต่งและอุณหภูมิในการตรวจจับเพื่อให้เกิดการตรวจจับแบบเลือกของ NH3, H2S และ CO นอกจากนี้ ฟิล์มนาโน WO3 ยังได้รับการดัดแปลงด้วยชั้นของ V2O5 เพื่อปรับปรุงโครงสร้างพื้นผิวที่มีรูพรุนของฟิล์ม WO3 จึงปรับปรุงความไวต่อ NO2

ในปัจจุบัน คอมโพสิตออกไซด์ของกราฟีน/โลหะนาโนได้กลายเป็นฮอตสปอตในวัสดุเซ็นเซอร์ก๊าซคอมโพสิตนาโนกราฟีน/SnO2 ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการตรวจจับแอมโมเนียและวัสดุตรวจจับ NO2