納米氧化物在氣體傳感器材料的中應(yīng)用分析

納米氧化物化物半導(dǎo)體氣體傳感器作為主要固態(tài)氣體傳感器件，因其靈敏度高、制作成本低和信號(hào)測量簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生保健等領(lǐng)域，目前針對納米氧化物傳感材料氣敏性能改進(jìn)的研究主要集中于納米尺度金屬氧化物的開發(fā)，如納米結(jié)構(gòu)化和摻雜改性等。納米氧化物半導(dǎo)體傳感材料主要有SnO2（JR-S30）、ZnO（VK-J30）、 Fe2O3（VK-E01）三大類，此外還有WO3（VK-W50）,V2O5、In2O3、、Ti02 （VK-TG01）Nb2O5.等，而傳感器件仍以電陽式氣體傳感器應(yīng)用廣，非電陽式氣體傳感器也開發(fā)的較為快速。

1、納米氧化錫（JR-S30）氣體傳感材料

氧化錫(SnO2)（JR-S30）是一種普敏型氣敏材料，對乙醇、 H2S、CO等氣體均有很好的靈敏性，其氣敏性能取決于材料粒徑和比表面積，因此控制SnO2,納米粉體顆粒的尺寸是提升氣敏性能的關(guān)鍵；研究者基于介孔和大孔納米氧化錫粉體，制備了厚膜傳感器，其對CO的氧化有更高的催化活性，也就意味著更高的氣體傳感活性。另外，納米多孔結(jié)構(gòu)因其構(gòu)造上的大比表面積、豐富的氣體擴(kuò)散和質(zhì)量傳輸通道等特點(diǎn)，已經(jīng)成為氣體傳感材料設(shè)計(jì)中的熱點(diǎn)。

2 納米氧化鐵（VK-E01）氣體傳感材料

氧化鐵(Fez03)（VK-E01）有兩種晶型:a-Fe2O3（VK-E01）:和y-Fe2O3（VK-E02）均可以作為氣敏材料，但兩者的氣敏性能有著較大的差異。a-Fe2O3（VK-E01）屬于剛玉結(jié)構(gòu)，物理性質(zhì)穩(wěn)定，其氣敏機(jī)理為表面控制型，靈敏性較低；y-Fe203（VK-E01）則屬于尖晶石型結(jié)構(gòu)，處于亞穩(wěn)態(tài)，其氣敏機(jī)理主要為體電阻控制型，靈敏性好而穩(wěn)定性較差，易轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>a-Fe2O3而降低氣敏性能。目前的研究集中于優(yōu)化合成條件以控制Fe2O3納米材料的形貌，進(jìn)而篩選得到合適的氣敏材料，如a-Fez03納米束、多孔a-Fe2O3（VK-E01）:納米棒、單分散a-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)、介孔a-Fe203納米材料等。

3、納米氧化鋅（VK-J30）氣體傳感材料

氧化鋅(ZnO)（VK-J30）是一種典型的表面控制型氣敏材料，基于 Zn0的氣敏元件工作溫度較高且選擇性較差，使其應(yīng)用遠(yuǎn)不及SnO（JR-S30）,和Fe2O3等廣泛。因此，制備新結(jié)構(gòu)的ZnO（VK-J30）納米材料、對納米Zn0（VK-J30）摻雜改性以降低工作溫度和提高選擇性是Zn0氣敏材料研究的重點(diǎn)。目前，單晶納米ZnO（VK-J30）氣體傳感元件的開發(fā)是前沿方向之一，如ZnO（VK-J30）單晶納米棒氣體傳感器等

4、納米氧化鎢（VK-W50）氣體傳感材料

氧化鎢(wO3;)（VK-W50）是過渡金屬化合物半導(dǎo)體材料，因其具有良好的氣敏特性而得到廣泛研究和應(yīng)用。WO3:有三斜晶系，正斜方晶等穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。研究者用以介孔SnO2（JR-S30）,為模板的納米澆鑄法制備了超細(xì)W03（VK-W50）納米顆粒，發(fā)現(xiàn)平均尺寸為5nm的單斜品系WO3。納米顆粒的氣體傳感性能較好，電泳沉積WO3;納米顆粒所得傳感器對低濃度N02有很高的響應(yīng)。通過離子交換一水熱途徑合成了均勻分布六方相WO3納米簇，氣敏性能測試結(jié)果表明WO3;納米簇氣敏元件工作濕度低，且對丙酮、三甲胺有很高的靈敏度和理想的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間，顯示出該材料較好的應(yīng)用優(yōu)勢。

5、納米氧化銦氣體傳感材料

氧化銦(In2O3)作為一種新興的n型半導(dǎo)體氣敏材料，與 SnO2（JR-S30）、ZnO（VK-J30）、Fe2O3（VK-E01）等相比，具有較寬的禁帶寬度、較小的電阻率和較高的催化活性，對CO、NO2,等有很高的靈敏度，是一種普敏材料。以納米In2O3,為代表的多孔結(jié)構(gòu)納米材料是近期研究熱點(diǎn)之一。研究者通過介孔硅模板結(jié)構(gòu)復(fù)制的方法合成了有序介孔In2O3材料，所得材料在450~650℃范圍內(nèi)穩(wěn)定性良好，因而適用于較高操作溫度的氣體傳感器;氣敏測試表明其對甲烷有靈敏響應(yīng)，可用于與濃度相關(guān)的防爆監(jiān)測。

6， 納米氧化物復(fù)合氣體傳感材料

納米氧化物傳感材料的氣敏性能可通過捧雜加以改善，摻雜不僅可以調(diào)節(jié)材料的電導(dǎo)率，還可以提升材料的穩(wěn)定性和選擇性。貴金屬元素?fù)诫s是一種常用手段，如 Au、Ag等元素常被用作摻雜劑來改善納米氧化鋅（VK-J30）的氣體傳感性能。納米氧化物復(fù)合氣體傳感材料主要有Pd攙雜 SnO2（JR-S30）的氣體傳感器、Pt摻雜對y-Fe2O3（VK-E02）氣體傳感器、多元素添加的In2O3空心球傳感材料，通過控制添加劑和傳感溫度可實(shí)現(xiàn)其對NH3、H2S和CO的選擇性檢測。此外，通過表而修飾，WO3（VK-W50）薄膜表面修飾一層V2O5以改善 WO3薄膜的多孔性表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升其對NO,的靈敏度；目前，石墨烯/納米氧化物復(fù)合材料成為氣體傳感器材料研究熱點(diǎn)，石墨烯/SnO2（JR-S30）納米復(fù)合材料已廣泛用作氨的檢測和NOz傳感材料。