納米氧化物在氣體傳感器材料的中應用分析

納米氧化物化物半導體氣體傳感器作為主要固態氣體傳感器件，因其靈敏度高、制作成本低和信號測量簡單等優點，廣泛應用于工業生產、環境監測、衛生保健等領域，目前針對納米氧化物傳感材料氣敏性能改進的研究主要集中于納米尺度金屬氧化物的開發，如納米結構化和摻雜改性等。納米氧化物半導體傳感材料主要有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用廣，非電陽式氣體傳感器也開發的較為快速。

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，納米多孔結構因其構造上的大比表面積、豐富的氣體擴散和質量傳輸通道等特點，已經成為氣體傳感材料設計中的熱點。

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）屬于剛玉結構，物理性質穩定，其氣敏機理為表面控制型，靈敏性較低；y-Fe203（VK-E01）則屬于尖晶石型結構，處于亞穩態，其氣敏機理主要為體電阻控制型，靈敏性好而穩定性較差，易轉變為a-Fe2O3而降低氣敏性能。目前的研究集中于優化合成條件以控制Fe2O3納米材料的形貌，進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納米結構、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，使其應用遠不及SnO（JR-S30）,和Fe2O3等廣泛。因此，制備新結構的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。目前，單晶納米ZnO（VK-J30）氣體傳感元件的開發是前沿方向之一，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體材料，因其具有良好的氣敏特性而得到廣泛研究和應用。WO3:有三斜晶系，正斜方晶等穩定結構。研究者用以介孔SnO2（JR-S30）,為模板的納米澆鑄法制備了超細W03（VK-W50）納米顆粒，發現平均尺寸為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。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恢復時間，顯示出該材料較好的應用優勢。

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,為代表的多孔結構納米材料是近期研究熱點之一。研究者通過介孔硅模板結構復制的方法合成了有序介孔In2O3材料，所得材料在450~650℃范圍內穩定性良好，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，可用于與濃度相關的防爆監測。

6， 納米氧化物復合氣體傳感材料

納米氧化物傳感材料的氣敏性能可通過捧雜加以改善，摻雜不僅可以調節材料的電導率，還可以提升材料的穩定性和選擇性。貴金屬元素摻雜是一種常用手段，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現其對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構，進而提升其對NO,的靈敏度；目前，石墨烯/納米氧化物復合材料成為氣體傳感器材料研究熱點，石墨烯/SnO2（JR-S30）納米復合材料已廣泛用作氨的檢測和NOz傳感材料。