Là cảm biến khí trạng thái rắn chính, cảm biến khí bán dẫn oxit kim loại nano được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, giám sát môi trường, chăm sóc sức khỏe và các lĩnh vực khác nhờ độ nhạy cao, chi phí sản xuất thấp và đo tín hiệu đơn giản.Hiện tại, nghiên cứu cải thiện tính chất cảm biến khí của vật liệu cảm biến oxit kim loại nano chủ yếu tập trung vào phát triển các oxit kim loại kích thước nano, chẳng hạn như sửa đổi cấu trúc nano và pha tạp.

Vật liệu cảm biến bán dẫn oxit kim loại nano chủ yếu là SnO2, ZnO, Fe2O3,VO2, In2O3, WO3, TiO2, v.v. Các thành phần cảm biến vẫn là cảm biến khí điện trở được sử dụng rộng rãi nhất, cảm biến khí không điện trở cũng đang được phát triển nhanh hơn.

Hiện nay, hướng nghiên cứu chính là điều chế các vật liệu nano có cấu trúc có diện tích bề mặt riêng lớn như ống nano, mảng thanh nano, màng xốp nano, v.v. để tăng khả năng hấp phụ khí và tốc độ khuếch tán khí, từ đó cải thiện độ nhạy và tốc độ phản ứng. thành khí của vật liệu.Sự pha tạp nguyên tố của oxit kim loại hoặc cấu trúc của hệ thống nanocompozit, các thành phần tạp chất hoặc hỗn hợp được đưa vào có thể đóng vai trò xúc tác và cũng có thể trở thành chất mang phụ trợ để xây dựng cấu trúc nano, do đó cải thiện hiệu suất cảm biến khí tổng thể của cảm biến nguyên vật liệu.

1. Vật liệu cảm biến khí sử dụng Nano Tin Oxit (SnO2)

Oxit thiếc (SnO2) là một loại vật liệu nhạy cảm với khí nói chung.Nó có độ nhạy tốt với các loại khí như ethanol, H2S và CO. Độ nhạy khí của nó phụ thuộc vào kích thước hạt và diện tích bề mặt cụ thể.Kiểm soát kích thước của bột nano SnO2 là chìa khóa để cải thiện độ nhạy khí.

Dựa trên bột oxit thiếc nano xốp xốp và xốp lớn, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị các cảm biến màng dày có hoạt tính xúc tác cao hơn đối với quá trình oxy hóa CO, nghĩa là hoạt động cảm biến khí cao hơn.Ngoài ra, cấu trúc xốp nano đã trở thành một điểm nóng trong thiết kế vật liệu cảm biến khí do SSA lớn, các kênh khuếch tán khí và truyền khối lớn của nó.

2. Vật liệu cảm biến khí sử dụng Nano Sắt Oxit(Fe2O3)

Oxit sắt (Fe2O3)có hai dạng tinh thể: alpha và gamma, cả hai đều có thể được sử dụng làm vật liệu cảm biến khí, nhưng tính chất cảm biến khí của chúng có sự khác biệt lớn.α-Fe2O3 thuộc cấu trúc corundum, có tính chất vật lý ổn định.Cơ chế cảm biến khí của nó được kiểm soát bề mặt và độ nhạy của nó thấp.γ-Fe2O3 thuộc cấu trúc spinel, không bền.Cơ chế cảm nhận khí của nó chủ yếu là kiểm soát sức đề kháng của cơ thể. Nó có độ nhạy tốt nhưng độ ổn định kém, dễ chuyển thành α-Fe2O3 và giảm độ nhạy khí.

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp để kiểm soát hình thái của hạt nano Fe2O3, sau đó sàng lọc các vật liệu nhạy cảm với khí phù hợp, chẳng hạn như chùm nano α-Fe2O3, thanh nano xốp α-Fe2O3, cấu trúc nano α-Fe2O3 đơn phân tán, lỗ trung gian α-Fe2O3 vật liệu nano, v.v.

3. Vật liệu cảm biến khí sử dụng Nano Zinc Oxide (ZnO)
Kẽm oxit (ZnO)là một vật liệu nhạy cảm với khí được kiểm soát bề mặt điển hình.Cảm biến khí dựa trên ZnO có nhiệt độ hoạt động cao và tính chọn lọc kém, khiến nó ít được sử dụng rộng rãi hơn so với bột nano SnO2 và Fe2O3.Vì vậy, việc điều chế cấu trúc mới của vật liệu nano ZnO, biến tính pha tạp của nano-ZnO để giảm nhiệt độ hoạt động và nâng cao độ chọn lọc là trọng tâm nghiên cứu về vật liệu cảm biến khí ZnO nano.

Hiện tại, sự phát triển của phần tử cảm biến khí đơn tinh thể nano-ZnO là một trong những hướng tiên phong, chẳng hạn như cảm biến khí thanh nano đơn tinh thể ZnO.

4. Vật liệu cảm biến khí sử dụng Nano Indium Oxide(In2O3)
Indi oxit (In2O3)là một vật liệu cảm biến khí bán dẫn loại n mới nổi.So với SnO2, ZnO, Fe2O3, v.v., nó có vùng cấm rộng, điện trở suất nhỏ và hoạt tính xúc tác cao, đồng thời độ nhạy cao với CO và NO2.Vật liệu nano xốp được đại diện bởi nano In2O3 là một trong những điểm nóng nghiên cứu gần đây.Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp các vật liệu In2O3 huyền phù có trật tự bằng phương pháp sao chép mẫu silica huyền phù.Các vật liệu thu được có độ ổn định tốt trong khoảng 450-650 ° C, vì vậy chúng phù hợp với các cảm biến khí có nhiệt độ hoạt động cao hơn.Chúng nhạy cảm với khí mê-tan và có thể được sử dụng để theo dõi vụ nổ liên quan đến nồng độ.

5. Vật liệu cảm biến khí sử dụng Nano Vonfram Oxit (WO3)
hạt nano WO3là một vật liệu bán dẫn hợp chất kim loại chuyển tiếp đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi vì đặc tính cảm biến khí tốt của nó.Nano WO3 có cấu trúc ổn định như ba tà, đơn tà và trực thoi.Các nhà nghiên cứu đã điều chế các hạt nano WO3 bằng phương pháp đúc nano sử dụng SiO2 huyền phù làm khuôn mẫu.Người ta phát hiện ra rằng các hạt nano WO3 đơn tà có kích thước trung bình 5 nm có hiệu suất cảm biến khí tốt hơn và các cặp cảm biến thu được bằng quá trình lắng đọng điện di của các hạt nano WO3 Nồng độ NO2 thấp có độ phản hồi cao.

Sự phân bố đồng nhất của các cụm nano WO3 pha lục giác được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt trao đổi ion.Kết quả kiểm tra độ nhạy khí cho thấy cảm biến khí cụm nano WO3 có nhiệt độ hoạt động thấp, độ nhạy cao với acetone và trimethylamine và thời gian phục hồi đáp ứng lý tưởng, cho thấy triển vọng ứng dụng tốt của vật liệu.

6. Vật liệu cảm biến khí sử dụng Nano Titanium Dioxide (TiO2)
Titan dioxit (TiO2)vật liệu cảm biến khí có ưu điểm là ổn định nhiệt tốt và quy trình chuẩn bị đơn giản, dần dần trở thành một vật liệu nóng khác cho các nhà nghiên cứu.Hiện tại, nghiên cứu về cảm biến khí TiO2 nano tập trung vào cấu trúc nano và chức năng hóa của vật liệu cảm biến TiO2 bằng cách sử dụng công nghệ nano mới nổi.Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các sợi TiO2 rỗng ở quy mô micro-nano bằng công nghệ quay điện đồng trục.Sử dụng công nghệ ngọn lửa ngưng đọng trộn sẵn, điện cực chéo được đặt nhiều lần trong ngọn lửa ngưng trệ trộn sẵn với titan tetraisopropoxide làm tiền chất, sau đó được phát triển trực tiếp để tạo thành màng xốp với các hạt nano TiO2, phản ứng nhạy cảm với CO. Đồng thời phát triển TiO2 đã đặt hàng mảng ống nano bằng quá trình anot hóa và áp dụng nó để phát hiện SO2.

7. Vật liệu tổng hợp nano oxit cho vật liệu cảm biến khí
Các đặc tính cảm biến khí của vật liệu cảm biến bột oxit kim loại nano có thể được cải thiện bằng cách pha tạp, điều này không chỉ điều chỉnh độ dẫn điện của vật liệu mà còn cải thiện độ ổn định và tính chọn lọc.Pha tạp các nguyên tố kim loại quý là một phương pháp phổ biến và các nguyên tố như Au và Ag thường được sử dụng làm chất pha tạp để cải thiện hiệu suất cảm biến khí của bột nano kẽm oxit.Vật liệu cảm biến khí hỗn hợp nano oxit chủ yếu bao gồm SnO2 pha tạp Pd, γ-Fe2O3 pha tạp Pt và vật liệu cảm biến hình cầu rỗng In2O3 được bổ sung đa nguyên tố, có thể được thực hiện bằng cách kiểm soát các chất phụ gia và nhiệt độ cảm biến để thực hiện phát hiện tự chọn NH3, H2S và CO Ngoài ra, màng nano WO3 còn được biến tính thêm một lớp V2O5 để cải thiện cấu trúc bề mặt xốp của màng WO3, từ đó cải thiện độ nhạy cảm với NO2.

Hiện tại, vật liệu composite graphene/nano-kim loại oxit đã trở thành một điểm nóng trong vật liệu cảm biến khí.Vật liệu tổng hợp nano graphene/SnO2 đã được sử dụng rộng rãi làm vật liệu phát hiện amoniac và cảm biến NO2.