纳米氧化物在气体传感器材料的中应用分析

纳米氧化物在气体传感器材料的中应用分析

纳米氧化物化物半导体气体传感器作为主要固态气体传感器件，因其灵敏度高、制作成本低和信号测量简单等优点，广泛应用于工业生产、环境监测、卫生保健等领域，目前针对纳米氧化物传感材料气敏性能改进的研究主要集中于纳米尺度金属氧化物的开发，如纳米结构化和掺杂改性等。纳米氧化物半导体传感材料主要有SnO2（JR-S30）、ZnO（VK-J30）、 Fe2O3（VK-E01）三大类，此外还有WO3（VK-W50）,V2O5、In2O3、、Ti02 （VK-TG01）Nb2O5.等，而传感器件仍以电阳式气体传感器应用广，非电阳式气体传感器也开发的较为快速。

1、纳米氧化锡（JR-S30）气体传感材料

氧化锡(SnO2)（JR-S30）是一种普敏型气敏材料，对乙醇、 H2S、CO等气体均有很好的灵敏性，其气敏性能取决于材料粒径和比表面积，因此控制SnO2,纳米粉体颗粒的尺寸是提升气敏性能的关键；研究者基于介孔和大孔纳米氧化锡粉体，制备了厚膜传感器，其对CO的氧化有更高的催化活性，也就意味着更高的气体传感活性。另外，纳米多孔结构因其构造上的大比表面积、丰富的气体扩散和质量传输通道等特点，已经成为气体传感材料设计中的热点。

2 纳米氧化铁（VK-E01）气体传感材料

氧化铁(Fez03)（VK-E01）有两种晶型:a-Fe2O3（VK-E01）:和y-Fe2O3（VK-E02）均可以作为气敏材料，但两者的气敏性能有着较大的差异。a-Fe2O3（VK-E01）属于刚玉结构，物理性质稳定，其气敏机理为表面控制型，灵敏性较低；y-Fe203（VK-E01）则属于尖晶石型结构，处于亚稳态，其气敏机理主要为体电阻控制型，灵敏性好而稳定性较差，易转变为a-Fe2O3而降低气敏性能。目前的研究集中于优化合成条件以控制Fe2O3纳米材料的形貌，进而筛选得到合适的气敏材料，如a-Fez03纳米束、多孔a-Fe2O3（VK-E01）:纳米棒、单分散a-Fe2O3纳米结构、介孔a-Fe203纳米材料等。

3、纳米氧化锌（VK-J30）气体传感材料

氧化锌(ZnO)（VK-J30）是一种典型的表面控制型气敏材料，基于 Zn0的气敏元件工作温度较高且选择性较差，使其应用远不及SnO（JR-S30）,和Fe2O3等广泛。因此，制备新结构的ZnO（VK-J30）纳米材料、对纳米Zn0（VK-J30）掺杂改性以降低工作温度和提高选择性是Zn0气敏材料研究的重点。目前，单晶纳米ZnO（VK-J30）气体传感元件的开发是前沿方向之一，如ZnO（VK-J30）单晶纳米棒气体传感器等

4、纳米氧化钨（VK-W50）气体传感材料

氧化钨(wO3;)（VK-W50）是过渡金属化合物半导体材料，因其具有良好的气敏特性而得到广泛研究和应用。WO3:有三斜晶系，正斜方晶等稳定结构。研究者用以介孔SnO2（JR-S30）,为模板的纳米浇铸法制备了超细W03（VK-W50）纳米颗粒，发现平均尺寸为5nm的单斜品系WO3。纳米颗粒的气体传感性能较好，电泳沉积WO3;纳米颗粒所得传感器对低浓度N02有很高的响应。通过离子交换一水热途径合成了均匀分布六方相WO3纳米簇，气敏性能测试结果表明WO3;纳米簇气敏元件工作湿度低，且对丙酮、三甲胺有很高的灵敏度和理想的响应恢复时间，显示出该材料较好的应用优势。

5、纳米氧化铟气体传感材料

氧化铟(In2O3)作为一种新兴的n型半导体气敏材料，与 SnO2（JR-S30）、ZnO（VK-J30）、Fe2O3（VK-E01）等相比，具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性，对CO、NO2,等有很高的灵敏度，是一种普敏材料。以纳米In2O3,为代表的多孔结构纳米材料是近期研究热点之一。研究者通过介孔硅模板结构复制的方法合成了有序介孔In2O3材料，所得材料在450~650℃范围内稳定性良好，因而适用于较高操作温度的气体传感器;气敏测试表明其对甲烷有灵敏响应，可用于与浓度相关的防爆监测。

6， 纳米氧化物复合气体传感材料

纳米氧化物传感材料的气敏性能可通过捧杂加以改善，掺杂不仅可以调节材料的电导率，还可以提升材料的稳定性和选择性。贵金属元素掺杂是一种常用手段，如 Au、Ag等元素常被用作掺杂剂来改善纳米氧化锌（VK-J30）的气体传感性能。纳米氧化物复合气体传感材料主要有Pd搀杂 SnO2（JR-S30）的气体传感器、Pt掺杂对y-Fe2O3（VK-E02）气体传感器、多元素添加的In2O3空心球传感材料，通过控制添加剂和传感温度可实现其对NH3、H2S和CO的选择性检测。此外，通过表而修饰，WO3（VK-W50）薄膜表面修饰一层V2O5以改善 WO3薄膜的多孔性表面结构，进而提升其对NO,的灵敏度；目前，石墨烯/纳米氧化物复合材料成为气体传感器材料研究热点，石墨烯/SnO2（JR-S30）纳米复合材料已广泛用作氨的检测和NOz传感材料。