• Monoksid karboni për ambiente të brendshme, dioksid karboni metan klor dhe instrumente të tjera alarmi për detektor gazi me shumë parametra

Monoksid karboni për ambiente të brendshme, dioksid karboni metan klor dhe instrumente të tjera alarmi për detektor gazi me shumë parametra

Zhvillimi i sensorëve të gazit me performancë të lartë, portativë dhe të miniaturës po fiton vëmendje në rritje në fushat e monitorimit të mjedisit, sigurisë, diagnostikimit mjekësor dhe bujqësisë.Ndër mjetet e ndryshme të zbulimit, sensorët e gazit kimik-rezistent me metal-oksid-gjysmëpërçues (MOS) janë zgjedhja më e popullarizuar për aplikime komerciale për shkak të qëndrueshmërisë së tyre të lartë, kostos së ulët dhe ndjeshmërisë së lartë.Një nga qasjet më të rëndësishme për të përmirësuar më tej performancën e sensorit është krijimi i heterobashkimeve të bazuara në MOS me madhësi nanoz (MOS hetero-nanostrukturuar) nga nanomaterialet MOS.Sidoqoftë, mekanizmi ndijues i një sensori MOS me heteroanostrukturë është i ndryshëm nga ai i një sensori të vetëm gazi MOS, pasi është mjaft kompleks.Performanca e sensorit ndikohet nga parametra të ndryshëm, duke përfshirë vetitë fizike dhe kimike të materialit të ndjeshëm (siç janë madhësia e kokrrizave, dendësia e defektit dhe boshllëqet e oksigjenit të materialit), temperatura e funksionimit dhe struktura e pajisjes.Ky përmbledhje paraqet disa koncepte për dizajnimin e sensorëve të gazit me performancë të lartë duke analizuar mekanizmin e sensorit të sensorëve heterogjenë MOS me nanostrukturë.Përveç kësaj, diskutohet ndikimi i strukturës gjeometrike të pajisjes, i përcaktuar nga marrëdhënia midis materialit të ndjeshëm dhe elektrodës së punës.Për të studiuar sjelljen e sensorit në mënyrë sistematike, ky artikull prezanton dhe diskuton mekanizmin e përgjithshëm të perceptimit të tre strukturave tipike gjeometrike të pajisjeve të bazuara në materiale të ndryshme heteroanostrukturore.Kjo përmbledhje do të shërbejë si një udhëzues për lexuesit e ardhshëm që studiojnë mekanizmat e ndjeshëm të sensorëve të gazit dhe zhvillojnë sensorë gazi me performancë të lartë.
Ndotja e ajrit është një problem gjithnjë e më serioz dhe një problem serioz mjedisor global që kërcënon mirëqenien e njerëzve dhe qenieve të gjalla.Thithja e ndotësve të gaztë mund të shkaktojë shumë probleme shëndetësore si sëmundje të frymëmarrjes, kancer të mushkërive, leucemi dhe madje edhe vdekje të parakohshme1,2,3,4.Nga viti 2012 deri në vitin 2016, miliona njerëz u raportuan se kishin vdekur nga ndotja e ajrit dhe çdo vit, miliarda njerëz ishin të ekspozuar ndaj cilësisë së dobët të ajrit5.Prandaj, është e rëndësishme të zhvillohen sensorë të gazit portativ dhe të miniaturës që mund të ofrojnë reagime në kohë reale dhe performancë të lartë zbulimi (p.sh., ndjeshmëria, selektiviteti, qëndrueshmëria dhe koha e reagimit dhe rikuperimit).Përveç monitorimit mjedisor, sensorët e gazit luajnë një rol jetik në sigurinë6,7,8, diagnostikimin mjekësor9,10, akuakulturën11 dhe fusha të tjera12.
Deri më sot, janë futur disa sensorë portativë të gazit të bazuar në mekanizma të ndryshëm sensorë, si sensorë optikë13,14,15,16,17,18, elektrokimikë19,20,21,22 dhe sensorë rezistues kimik23,24.Midis tyre, sensorët rezistues kimikë metal-oksid-gjysmëpërçues (MOS) janë më të njohurit në aplikimet komerciale për shkak të qëndrueshmërisë së tyre të lartë dhe kostos së ulët25,26.Përqendrimi i ndotësve mund të përcaktohet thjesht duke zbuluar ndryshimin në rezistencën MOS.Në fillim të viteve 1960, u raportuan sensorët e parë të gazit kimio-rezistues të bazuar në filma të hollë ZnO, duke gjeneruar interes të madh në fushën e zbulimit të gazit27,28.Sot, shumë MOS të ndryshme përdoren si materiale të ndjeshme ndaj gazit dhe ato mund të ndahen në dy kategori bazuar në vetitë e tyre fizike: MOS të tipit n me elektrone si bartësit kryesorë të ngarkesës dhe MOS të tipit p me vrima si bartësit e ngarkesës më të madhe.transportuesit e ngarkesave.Në përgjithësi, MOS i tipit p është më pak i popullarizuar se MOS i tipit n sepse përgjigja induktive e MOS-it të tipit p (Sp) është proporcionale me rrënjën katrore të MOS të tipit n (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) në të njëjtat supozime (për shembull, e njëjta strukturë morfologjike dhe i njëjti ndryshim në përkuljen e brezave në ajër) 29,30.Megjithatë, sensorët MOS me një bazë të vetme ende përballen me probleme të tilla si kufiri i pamjaftueshëm i zbulimit, ndjeshmëria e ulët dhe selektiviteti në aplikimet praktike.Çështjet e selektivitetit mund të adresohen në një farë mase duke krijuar grupe sensorësh (të quajtur "hundë elektronikë") dhe duke përfshirë algoritme të analizës llogaritëse si kuantizimi i vektorit të trajnimit (LVQ), analiza e komponentit kryesor (PCA) dhe analiza e katrorëve më të vegjël të pjesshëm (PLS)31, 32, 33, 34, 35. Përveç kësaj, prodhimi i MOS32,36,37,38,39 me dimensione të ulëta (p.sh. nanomateriale njëdimensionale (1D), 0D dhe 2D), si dhe përdorimi i nanomaterialeve të tjerë ( p.sh. MOS40,41,42, nanogrimcat e metaleve fisnike (NPs))43,44, nanomaterialet e karbonit45,46 dhe polimerët përçues47,48) për të krijuar heterobashkime në shkallë nano (dmth. MOS me heteroanostrukturë) janë qasje të tjera të preferuara për të zgjidhur problemet e mësipërme.Krahasuar me filmat tradicionalë të trashë MOS, MOS me dimensione të ulëta me sipërfaqe specifike të lartë mund të sigurojë vende më aktive për thithjen e gazit dhe të lehtësojë difuzionin e gazit36,37,49.Përveç kësaj, dizajni i heteronostrukturave të bazuara në MOS mund të rregullojë më tej transportin e transportuesit në heterondërfaqen, duke rezultuar në ndryshime të mëdha në rezistencë për shkak të funksioneve të ndryshme të funksionimit50,51,52.Përveç kësaj, disa nga efektet kimike (p.sh., aktiviteti katalitik dhe reaksionet sinergjike sipërfaqësore) që ndodhin në projektimin e heteronanostrukturave MOS mund të përmirësojnë gjithashtu performancën e sensorit.50,53,54 Edhe pse projektimi dhe fabrikimi i heteronanostrukturave MOS do të ishte një qasje premtuese për të përmirësuar Performanca e sensorit, sensorët modernë kimio-rezistues zakonisht përdorin provë dhe gabim, gjë që kërkon kohë dhe joefikase.Prandaj, është e rëndësishme të kuptohet mekanizmi ndijues i sensorëve të gazit të bazuar në MOS, pasi ai mund të drejtojë hartimin e sensorëve drejtimi me performancë të lartë.
Vitet e fundit, sensorët e gazit MOS janë zhvilluar me shpejtësi dhe janë publikuar disa raporte mbi nanostrukturat MOS55,56,57, sensorët e gazit të temperaturës së dhomës58,59, materialet speciale të sensorëve MOS60,61,62 dhe sensorët specialë të gazit63.Një dokument rishikimi në Shqyrtime të tjera fokusohet në sqarimin e mekanizmit ndijues të sensorëve të gazit bazuar në vetitë e brendshme fizike dhe kimike të MOS, duke përfshirë rolin e vendeve të lira të oksigjenit 64 , rolin e heteronanostrukturave 55, 65 dhe transferimin e ngarkesës në heterondërfaqet 66. , shumë parametra të tjerë ndikojnë në performancën e sensorit, duke përfshirë heterostrukturën, madhësinë e kokrrizave, temperaturën e funksionimit, densitetin e defektit, boshllëqet e oksigjenit dhe madje edhe plane kristal të hapur të materialit të ndjeshëm25,67,68,69,70,71.72, 73. Megjithatë, struktura gjeometrike (rrallë e përmendur) e pajisjes, e përcaktuar nga marrëdhënia midis materialit ndijues dhe elektrodës së punës, gjithashtu ndikon ndjeshëm në ndjeshmërinë e sensorit74,75,76 (shih seksionin 3 për më shumë detaje) .Për shembull, Kumar et al.77 raportuan dy sensorë gazi të bazuar në të njëjtin material (p.sh. sensorë gazi me dy shtresa të bazuara në TiO2@NiO dhe NiO@TiO2) dhe vëzhguan ndryshime të ndryshme në rezistencën e gazit NH3 për shkak të gjeometrive të ndryshme të pajisjes.Prandaj, kur analizoni një mekanizëm të sensorit të gazit, është e rëndësishme të merret parasysh struktura e pajisjes.Në këtë përmbledhje, autorët fokusohen në mekanizmat e zbulimit të bazuar në MOS për nanostruktura të ndryshme heterogjene dhe struktura pajisjesh.Ne besojmë se ky rishikim mund të shërbejë si një udhëzues për lexuesit që dëshirojnë të kuptojnë dhe analizojnë mekanizmat e zbulimit të gazit dhe mund të kontribuojë në zhvillimin e sensorëve të gazit me performancë të lartë në të ardhmen.
Në fig.1a tregon modelin bazë të një mekanizmi të sensorit të gazit të bazuar në një MOS të vetëm.Ndërsa temperatura rritet, përthithja e molekulave të oksigjenit (O2) në sipërfaqen e MOS do të tërheqë elektrone nga MOS dhe do të formojë specie anionike (të tilla si O2- dhe O-).Më pas, një shtresë e varfërimit të elektroneve (EDL) për një MOS të tipit n ose një shtresë akumulimi vrimash (HAL) për një MOS të tipit p formohet më pas në sipërfaqen e MOS 15, 23, 78. Ndërveprimi midis O2 dhe MOS bën që brezi i përcjelljes së sipërfaqes MOS të përkulet lart dhe të formojë një pengesë potenciale.Më pas, kur sensori ekspozohet ndaj gazit të synuar, gazi i absorbuar në sipërfaqen e MOS reagon me speciet jonike të oksigjenit, ose duke tërhequr elektrone (gaz oksidues) ose duke dhuruar elektrone (gaz reduktues).Transferimi i elektroneve midis gazit të synuar dhe MOS mund të rregullojë gjerësinë e EDL ose HAL30,81 duke rezultuar në një ndryshim në rezistencën e përgjithshme të sensorit MOS.Për shembull, për një gaz reduktues, elektronet do të transferohen nga gazi reduktues në një MOS të tipit n, duke rezultuar në një EDL më të ulët dhe rezistencë më të ulët, e cila quhet sjellje e sensorit të tipit n.Në të kundërt, kur një MOS e tipit p ekspozohet ndaj një gazi reduktues që përcakton sjelljen e ndjeshmërisë së tipit p, HAL tkurret dhe rezistenca rritet për shkak të dhurimit të elektroneve.Për gazrat oksidues, përgjigja e sensorit është e kundërt me atë për reduktimin e gazeve.
Mekanizmat bazë të zbulimit për MOS të tipit n dhe p për gazrat reduktues dhe oksidues b Faktorët kryesorë dhe vetitë fiziko-kimike ose materiale të përfshira në sensorët e gazit gjysmëpërçues 89
Përveç mekanizmit bazë të zbulimit, mekanizmat e zbulimit të gazit të përdorur në sensorët praktik të gazit janë mjaft komplekse.Për shembull, përdorimi aktual i një sensori gazi duhet të plotësojë shumë kërkesa (të tilla si ndjeshmëria, selektiviteti dhe stabiliteti) në varësi të nevojave të përdoruesit.Këto kërkesa janë të lidhura ngushtë me vetitë fizike dhe kimike të materialit të ndjeshëm.Për shembull, Xu et al.71 demonstruan se sensorët me bazë SnO2 arrijnë ndjeshmërinë më të lartë kur diametri i kristalit (d) është i barabartë ose më pak se dyfishi i gjatësisë Debye (λD) të SnO271.Kur d ≤ 2λD, SnO2 zbrazet plotësisht pas përthithjes së molekulave të O2 dhe përgjigja e sensorit ndaj gazit reduktues është maksimale.Përveç kësaj, parametra të tjerë të ndryshëm mund të ndikojnë në performancën e sensorit, duke përfshirë temperaturën e funksionimit, defektet e kristalit dhe madje edhe planet kristalore të ekspozuara të materialit ndijor.Në veçanti, ndikimi i temperaturës së funksionimit shpjegohet nga konkurrenca e mundshme midis shkallëve të përthithjes dhe desorbimit të gazit të synuar, si dhe reaktiviteti sipërfaqësor ndërmjet molekulave të gazit të përthithur dhe grimcave të oksigjenit4,82.Efekti i defekteve kristal është i lidhur fort me përmbajtjen e boshllëqeve të oksigjenit [83, 84].Funksionimi i sensorit gjithashtu mund të ndikohet nga reaktivitet të ndryshëm të fytyrave të hapura kristal67,85,86,87.Planet e hapura kristal me densitet më të ulët zbulojnë më shumë katione metalike të pakoordinuara me energji më të larta, të cilat nxisin përthithjen dhe reaktivitetin e sipërfaqes88.Tabela 1 liston disa faktorë kyç dhe mekanizmat perceptues të përmirësuar shoqërues të tyre.Prandaj, duke rregulluar këto parametra të materialit, performanca e zbulimit mund të përmirësohet dhe është thelbësore të përcaktohen faktorët kryesorë që ndikojnë në performancën e sensorit.
Yamazoe89 dhe Shimanoe et al.68,71 kryen një sërë studimesh mbi mekanizmin teorik të perceptimit të sensorit dhe propozuan tre faktorë kyç të pavarur që ndikojnë performancën e sensorit, veçanërisht funksionin e receptorit, funksionin e transduktorit dhe dobinë (Fig. 1b)..Funksioni i receptorit i referohet aftësisë së sipërfaqes MOS për të bashkëvepruar me molekulat e gazit.Ky funksion është i lidhur ngushtë me vetitë kimike të MOS dhe mund të përmirësohet ndjeshëm duke futur pranues të huaj (për shembull, NP metalike dhe MOS të tjera).Funksioni i transduktorit i referohet aftësisë për të kthyer reagimin midis gazit dhe sipërfaqes MOS në një sinjal elektrik të dominuar nga kufijtë e kokrrizave të MOS.Kështu, funksioni ndijor ndikohet ndjeshëm nga madhësia e grimcave MOC dhe dendësia e receptorëve të huaj.Katoch et al.90 raportuan se reduktimi i madhësisë së kokrrizave të nanofibrileve ZnO-SnO2 rezultoi në formimin e heterobashkimeve të shumta dhe rritjen e ndjeshmërisë së sensorit, në përputhje me funksionalitetin e transduktorit.Wang et al.91 krahasuan madhësi të ndryshme të kokrrizave të Zn2GeO4 dhe demonstruan një rritje 6.5-fish në ndjeshmërinë e sensorit pas prezantimit të kufijve të kokrrizave.Utiliteti është një tjetër faktor kyç i performancës së sensorit që përshkruan disponueshmërinë e gazit në strukturën e brendshme të MOS.Nëse molekulat e gazit nuk mund të depërtojnë dhe të reagojnë me MOS-in e brendshëm, ndjeshmëria e sensorit do të reduktohet.Dobia është e lidhur ngushtë me thellësinë e difuzionit të një gazi të caktuar, i cili varet nga madhësia e poreve të materialit ndijor.Sakai etj.92 modeloi ndjeshmërinë e sensorit ndaj gazrave të gripit dhe zbuloi se si pesha molekulare e gazit ashtu edhe rrezja e poreve të membranës së sensorit ndikojnë në ndjeshmërinë e sensorit në thellësi të ndryshme të difuzionit të gazit në membranën e sensorit.Diskutimi i mësipërm tregon se sensorët e gazit me performancë të lartë mund të zhvillohen duke balancuar dhe optimizuar funksionin e receptorit, funksionin e transduktorit dhe dobinë.
Puna e mësipërme sqaron mekanizmin bazë të perceptimit të një MOS të vetëm dhe diskuton disa faktorë që ndikojnë në performancën e një MOS.Përveç këtyre faktorëve, sensorët e gazit të bazuar në heterostruktura mund të përmirësojnë më tej performancën e sensorit duke përmirësuar ndjeshëm funksionet e sensorit dhe receptorit.Përveç kësaj, heteronostrukturat mund të përmirësojnë më tej performancën e sensorit duke përmirësuar reaksionet katalitike, duke rregulluar transferimin e ngarkesës dhe duke krijuar më shumë vende adsorbimi.Deri më sot, shumë sensorë gazi të bazuar në heteronostrukturat MOS janë studiuar për të diskutuar mekanizmat për ndjeshmëri të përmirësuar95,96,97.Miller et al.55 përmblodhi disa mekanizma që ka të ngjarë të përmirësojnë ndjeshmërinë e heteronostrukturave, duke përfshirë të varur nga sipërfaqja, të varura nga ndërfaqja dhe të varura nga struktura.Midis tyre, mekanizmi i amplifikimit të varur nga ndërfaqja është shumë i ndërlikuar për të mbuluar të gjitha ndërveprimet e ndërfaqes në një teori, pasi mund të përdoren sensorë të ndryshëm të bazuar në materiale heteroanostrukturore (për shembull, nn-heterounction, pn-heterounction, pp-heterounction, etj.) .Nyja Schottky).Në mënyrë tipike, sensorët me heteroanostrukturë të bazuar në MOS gjithmonë përfshijnë dy ose më shumë mekanizma sensorë të avancuar98,99,100.Efekti sinergjik i këtyre mekanizmave të amplifikimit mund të përmirësojë marrjen dhe përpunimin e sinjaleve të sensorëve.Kështu, kuptimi i mekanizmit të perceptimit të sensorëve të bazuar në materialet heterogjene me nanostrukturë është thelbësor për të ndihmuar studiuesit të zhvillojnë sensorë gazi nga poshtë lart në përputhje me nevojat e tyre.Përveç kësaj, struktura gjeometrike e pajisjes gjithashtu mund të ndikojë ndjeshëm në ndjeshmërinë e sensorit 74, 75, 76. Për të analizuar në mënyrë sistematike sjelljen e sensorit, do të prezantohen mekanizmat e sensorit të tre strukturave të pajisjes bazuar në materiale të ndryshme me heteronostrukturë. dhe diskutohet më poshtë.
Me zhvillimin e shpejtë të sensorëve të gazit të bazuar në MOS, janë propozuar MOS të ndryshme hetero-nanostrukturore.Transferimi i ngarkesës në ndërfaqen heterointerale varet nga nivelet e ndryshme të Fermit (Ef) të komponentëve.Në heterondërfaqen, elektronet lëvizin nga njëra anë me një Ef më të madh në anën tjetër me një Ef më të vogël derisa nivelet e tyre Fermi të arrijnë ekuilibrin, dhe vrimat, anasjelltas.Pastaj bartësit në heterointerface janë varfëruar dhe formojnë një shtresë të varfëruar.Pasi sensori është i ekspozuar ndaj gazit të synuar, përqendrimi i bartësit të MOS me heteroanostrukturë ndryshon, si dhe lartësia e pengesës, duke rritur kështu sinjalin e zbulimit.Përveç kësaj, metoda të ndryshme të fabrikimit të heteronostrukturave çojnë në marrëdhënie të ndryshme midis materialeve dhe elektrodave, gjë që çon në gjeometri të ndryshme të pajisjes dhe mekanizma të ndryshëm ndijues.Në këtë përmbledhje, ne propozojmë tre struktura gjeometrike të pajisjes dhe diskutojmë mekanizmin e sensorit për secilën strukturë.
Megjithëse heterobashkimet luajnë një rol shumë të rëndësishëm në performancën e zbulimit të gazit, gjeometria e pajisjes së të gjithë sensorit gjithashtu mund të ndikojë ndjeshëm në sjelljen e zbulimit, pasi vendndodhja e kanalit të përcjelljes së sensorit varet shumë nga gjeometria e pajisjes.Këtu diskutohen tre gjeometri tipike të pajisjeve MOS me heterobashkim, siç tregohet në figurën 2. Në llojin e parë, dy lidhje MOS shpërndahen në mënyrë të rastësishme midis dy elektrodave dhe vendndodhja e kanalit përçues përcaktohet nga MOS kryesore, e dyta është formimi i nanostrukturave heterogjene nga MOS të ndryshme, ndërsa vetëm një MOS është i lidhur me elektrodën.elektroda është e lidhur, atëherë kanali përcjellës zakonisht ndodhet brenda MOS dhe lidhet drejtpërdrejt me elektrodën.Në llojin e tretë, dy materiale janë ngjitur në dy elektroda veç e veç, duke e udhëhequr pajisjen përmes një heterobashkimi të formuar midis dy materialeve.
Një vizë ndërmjet përbërjeve (p.sh. "SnO2-NiO") tregon se dy përbërësit thjesht janë të përzier (tipi I).Një shenjë "@" midis dy lidhjeve (p.sh. "SnO2@NiO") tregon se materiali i skelës (NiO) është zbukuruar me SnO2 për një strukturë sensori të tipit II.Një vijë e pjerrët (p.sh. "NiO/SnO2") tregon një dizajn sensor të tipit III.
Për sensorët e gazit të bazuar në përbërjet MOS, dy elementë MOS shpërndahen rastësisht midis elektrodave.Janë zhvilluar metoda të shumta fabrikimi për përgatitjen e kompoziteve MOS, duke përfshirë sol-xhel, bashkëprecipitim, hidrotermale, elektrotjerrje dhe metoda të përzierjes mekanike98,102,103,104.Kohët e fundit, kornizat metal-organike (MOFs), një klasë e materialeve të strukturuara kristalore poroze të përbëra nga qendra metalike dhe lidhëse organike, janë përdorur si shabllone për prodhimin e kompozitave poroze MOS105,106,107,108.Vlen të theksohet se megjithëse përqindja e kompozitave MOS është e njëjtë, karakteristikat e ndjeshmërisë mund të ndryshojnë shumë kur përdoren procese të ndryshme prodhimi.109,110 Për shembull, Gao et al.109 fabrikuan dy sensorë të bazuar në përbërjet MoO3±SnO2 me të njëjtin raport atomik. (Mo:Sn = 1:1.9) dhe zbuloi se metoda të ndryshme fabrikimi çojnë në ndjeshmëri të ndryshme.Shaposhnik etj.110 raportoi se reagimi i SnO2-TiO2 i bashkëprecipituar ndaj H2 të gaztë ndryshonte nga ai i materialeve të përziera mekanikisht, madje në të njëjtin raport Sn/Ti.Ky ndryshim lind sepse marrëdhënia midis madhësisë së kristalitit MOP dhe MOP ndryshon me metoda të ndryshme sinteze109,110.Kur madhësia dhe forma e kokrrizave janë të qëndrueshme për sa i përket densitetit të dhuruesit dhe llojit të gjysmëpërçuesit, përgjigja duhet të mbetet e njëjtë nëse gjeometria e kontaktit nuk ndryshon 110 .Staerz et al.111 raportoi se karakteristikat e zbulimit të nanofibrave të mbështjelljes së bërthamës SnO2-Cr2O3 (CSN) dhe CSN-ve SnO2-Cr2O3 të tokës ishin pothuajse identike, duke sugjeruar që morfologjia e nanofibrave nuk ofron ndonjë avantazh.
Përveç metodave të ndryshme të prodhimit, llojet e gjysmëpërçuesve të dy MOSFET-ve të ndryshëm ndikojnë gjithashtu në ndjeshmërinë e sensorit.Mund të ndahet më tej në dy kategori në varësi të faktit nëse dy MOSFET-ët janë të të njëjtit lloj gjysmëpërçuesi (nn ose pp junction) ose lloje të ndryshme (kryqëzim pn).Kur sensorët e gazit bazohen në përbërje MOS të të njëjtit lloj, duke ndryshuar raportin molar të dy MOS, karakteristika e reagimit të ndjeshmërisë mbetet e pandryshuar dhe ndjeshmëria e sensorit ndryshon në varësi të numrit të nn- ose pp-heterounksioneve.Kur një komponent mbizotëron në përbërjen (p.sh. 0,9 ZnO-0,1 SnO2 ose 0,1 ZnO-0,9 SnO2), kanali i përcjelljes përcaktohet nga MOS dominues, i quajtur kanali i përcjelljes homobashkuese 92 .Kur raportet e dy komponentëve janë të krahasueshëm, supozohet se kanali i përcjelljes dominohet nga heterobashkimi98,102.Yamazoe etj.112,113 raportuan se rajoni heterokontakt i dy komponentëve mund të përmirësojë ndjeshëm ndjeshmërinë e sensorit sepse pengesa e heterobashkimit e formuar për shkak të funksioneve të ndryshme të funksionimit të komponentëve mund të kontrollojë në mënyrë efektive lëvizshmërinë e lëvizjes së sensorit të ekspozuar ndaj elektroneve.Gazra të ndryshëm të ambientit 112,113.Në fig.Figura 3a tregon se sensorët e bazuar në strukturat hierarkike fibroze SnO2-ZnO me përmbajtje të ndryshme ZnO (nga 0 deri në 10 mol % Zn) mund të zbulojnë në mënyrë selektive etanolin.Midis tyre, një sensor i bazuar në fibrat SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) tregoi ndjeshmërinë më të lartë për shkak të formimit të një numri të madh heterounksionesh dhe një rritje në sipërfaqen specifike, gjë që rriti funksionin e konvertuesit dhe përmirësoi ndjeshmëria 90 Megjithatë, me një rritje të mëtejshme të përmbajtjes së ZnO në 10 mol.%, përbërja e mikrostrukturës SnO2-ZnO mund të mbështjell zonat e aktivizimit të sipërfaqes dhe të zvogëlojë ndjeshmërinë e sensorit85.Një tendencë e ngjashme vërehet edhe për sensorët e bazuar në kompozitat heterobashkuese NiO-NiFe2O4 pp me raporte të ndryshme Fe/Ni (Fig. 3b)114.
Imazhet SEM të fibrave SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) dhe reagimi i sensorit ndaj gazrave të ndryshëm me një përqendrim prej 100 ppm në 260 °C;54b Përgjigjet e sensorëve të bazuar në përbërje të pastër NiO dhe NiO-NiFe2O4 në 50 ppm të gazrave të ndryshëm, 260 °C;114 (c) Diagrami skematik i numrit të nyjeve në përbërjen xSnO2-(1-x)Co3O4 dhe reaksionet përkatëse të rezistencës dhe ndjeshmërisë së përbërjes xSnO2-(1-x)Co3O4 për 10 ppm CO, aceton, C6H6 dhe SO2 gaz në 350 °C duke ndryshuar raportin molar të Sn/Co 98
Kompozitat pn-MOS tregojnë sjellje të ndryshme ndjeshmërie në varësi të raportit atomik të MOS115.Në përgjithësi, sjellja ndijore e përbërjeve MOS varet shumë nga ajo se cili MOS vepron si kanali kryesor i përcjelljes për sensorin.Prandaj, është shumë e rëndësishme të karakterizohet përbërja në përqindje dhe nanostruktura e kompoziteve.Kim et al.98 e konfirmuan këtë përfundim duke sintetizuar një seri nanofibrash të përbërë xSnO2 ± (1-x)Co3O4 me anë të elektrotjerrjes dhe studimit të vetive të tyre të sensorëve.Ata vunë re se sjellja e sensorit të përbërë SnO2-Co3O4 kaloi nga tipi n në tipin p duke ulur përqindjen e SnO2 (Fig. 3c)98.Përveç kësaj, sensorët e dominuar nga heterobashkimi (bazuar në 0,5 SnO2-0,5 Co3O4) treguan shkallët më të larta të transmetimit për C6H6 në krahasim me sensorët dominues të homobashkimit (p.sh. sensorë të lartë SnO2 ose Co3O4).Rezistenca e lartë e natyrshme e sensorit me bazë 0,5 SnO2-0,5 Co3O4 dhe aftësia e tij më e madhe për të moduluar rezistencën e përgjithshme të sensorit kontribuojnë në ndjeshmërinë e tij më të lartë ndaj C6H6.Për më tepër, defektet e mospërputhjes së rrjetës me origjinë nga heterondërfaqet SnO2-Co3O4 mund të krijojnë vende adsorbimi preferenciale për molekulat e gazit, duke rritur kështu përgjigjen e sensorit109,116.
Përveç MOS-it të tipit gjysmëpërçues, sjellja me prekje e përbërjeve MOS gjithashtu mund të personalizohet duke përdorur kiminë e MOS-117.Huo et al.117 përdorën një metodë të thjeshtë pjekjeje për të përgatitur kompozitat Co3O4-SnO2 dhe zbuluan se në një raport molar Co/Sn prej 10%, sensori shfaqi një përgjigje zbulimi të tipit p ndaj H2 dhe një ndjeshmëri të tipit n ndaj H2.përgjigje.Përgjigjet e sensorëve ndaj gazeve CO, H2S dhe NH3 janë paraqitur në Figurën 4a117.Në raportet e ulëta Co/Sn, shumë homojunksione formohen në kufijtë e nanokokrrizave SnO2±SnO2 dhe shfaqin përgjigje të sensorit të tipit n ndaj H2 (Fig. 4b,c)115.Me një rritje të raportit Co/Sn deri në 10 mol.%, në vend të homojunksioneve SnO2-SnO2, u formuan njëkohësisht shumë heterobashkim Co3O4-SnO2 (Fig. 4d).Meqenëse Co3O4 është joaktiv në lidhje me H2, dhe SnO2 reagon fuqishëm me H2, reagimi i H2 me speciet jonike të oksigjenit ndodh kryesisht në sipërfaqen e SnO2117.Prandaj, elektronet lëvizin në SnO2 dhe Ef SnO2 zhvendoset në brezin e përcjelljes, ndërsa Ef Co3O4 mbetet i pandryshuar.Si rezultat, rezistenca e sensorit rritet, duke treguar që materialet me një raport të lartë Co/Sn shfaqin sjellje ndijuese të tipit p (Fig. 4e).Në të kundërt, gazrat CO, H2S dhe NH3 reagojnë me speciet jonike të oksigjenit në sipërfaqet SnO2 dhe Co3O4, dhe elektronet lëvizin nga gazi në sensor, duke rezultuar në një ulje të lartësisë së pengesës dhe ndjeshmërisë së tipit n (Fig. 4f)..Kjo sjellje e ndryshme e sensorit është për shkak të reaktivitetit të ndryshëm të Co3O4 me gazra të ndryshëm, gjë që u konfirmua më tej nga Yin et al.118 .Në mënyrë të ngjashme, Katoch et al.119 tregoi se kompozitat SnO2-ZnO kanë selektivitet të mirë dhe ndjeshmëri të lartë ndaj H2.Kjo sjellje ndodh sepse atomet H mund të absorbohen lehtësisht në pozicionet O të ZnO për shkak të hibridizimit të fortë midis orbitalit s të H dhe orbitalit p të O, gjë që çon në metalizimin e ZnO120,121.
a lakoret e rezistencës dinamike Co/Sn-10% për gazet reduktuese tipike si H2, CO, NH3 dhe H2S, b, c Diagrami i mekanizmit të kompozuar ndijor Co3O4/SnO2 për H2 në % m të ulët.Co/Sn, df Co3O4 Zbulimi i mekanizmit të H2 dhe CO, H2S dhe NH3 me një përbërje të lartë Co/Sn/SnO2
Prandaj, ne mund të përmirësojmë ndjeshmërinë e sensorit të tipit I duke zgjedhur metoda të përshtatshme fabrikimi, duke zvogëluar madhësinë e kokrrizave të përbërjeve dhe duke optimizuar raportin molar të përbërjeve MOS.Përveç kësaj, një kuptim i thellë i kimisë së materialit të ndjeshëm mund të rrisë më tej selektivitetin e sensorit.
Strukturat e sensorëve të tipit II janë një strukturë tjetër e njohur e sensorëve që mund të përdorin një shumëllojshmëri materialesh heterogjene me nanostrukturë, duke përfshirë një nanomaterial "master" dhe një nanomaterial të dytë apo edhe të tretë.Për shembull, materialet njëdimensionale ose dy-dimensionale të zbukuruara me nanogrimca, bërthamë (CS) dhe materiale me heteronostrukturë me shumë shtresa përdoren zakonisht në strukturat e sensorëve të tipit II dhe do të diskutohen në detaje më poshtë.
Për materialin e parë heteronostrukturor (heteronanostrukturë e dekoruar), siç tregohet në Fig. 2b (1), kanalet përcjellëse të sensorit janë të lidhura nga një material bazë.Për shkak të formimit të heterobashkimeve, nanogrimcat e modifikuara mund të ofrojnë vende më reaktive për thithjen ose desorbimin e gazit dhe gjithashtu mund të veprojnë si katalizatorë për të përmirësuar performancën e ndjeshmërisë109,122,123,124.Yuan et al.41 vunë në dukje se dekorimi i nanotelave WO3 me nanopika CeO2 mund të sigurojë më shumë vende adsorbimi në heterondërfaqen CeO2@WO3 dhe sipërfaqen CeO2 dhe të gjenerojë më shumë specie oksigjeni të kimisorbuara për reaksion me aceton.Gunawan et al.125. Është propozuar një sensor acetoni me ndjeshmëri ultra të lartë i bazuar në Au@α-Fe2O3 njëdimensionale dhe është vënë re se ndjeshmëria e sensorit kontrollohet nga aktivizimi i molekulave të O2 si burim oksigjeni.Prania e NP-ve Au mund të veprojë si një katalizator që promovon shpërbërjen e molekulave të oksigjenit në oksigjen rrjetë për oksidimin e acetonit.Rezultate të ngjashme u morën nga Choi et al.9 ku një katalizator Pt u përdor për të ndarë molekulat e oksigjenit të përthithur në specie të oksigjenit të jonizuar dhe për të përmirësuar përgjigjen e ndjeshme ndaj acetonit.Në vitin 2017, i njëjti ekip kërkimor demonstroi se nanogrimcat bimetalike janë shumë më efikase në katalizë sesa nanogrimcat e vetme metalike fisnike, siç tregohet në figurën 5126. 5a është një skemë e procesit të prodhimit për NP bimetalike me bazë platini (PtM) duke përdorur qeliza apoferritine një madhësi mesatare më pak se 3 nm.Më pas, duke përdorur metodën e elektrotjerrjes, u përftuan nanofibra PtM@WO3 për të rritur ndjeshmërinë dhe selektivitetin ndaj acetonit ose H2S (Fig. 5b–g).Kohët e fundit, katalizatorët me një atom (SAC) kanë treguar performancë të shkëlqyer katalitike në fushën e katalizimit dhe analizës së gazit për shkak të efikasitetit maksimal të përdorimit të atomeve dhe strukturave elektronike të akorduara127,128.Shin et al.129 përdorën nitrid karboni të ankoruar (MCN), SnCl2 dhe PVP si burime kimike për të përgatitur fibrat e linjës Pt@MCN@SnO2 për zbulimin e gazit.Pavarësisht përmbajtjes shumë të ulët të Pt@MCN (nga 0.13 wt.% në 0.68 wt.%), performanca e zbulimit të formaldehidit të gaztë Pt@MCN@SnO2 është superiore ndaj mostrave të tjera referente (SnO2 i pastër, MCN@SnO2 dhe Pt NPs@ SnO2)..Kjo performancë e shkëlqyer e zbulimit mund t'i atribuohet efikasitetit maksimal atomik të katalizatorit Pt SA dhe mbulimit minimal të vendeve aktive SnO2129.
Metoda e kapsulimit të ngarkuar me apoferitinë për të marrë nanogrimca PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi);Vetitë dinamike të ndjeshme ndaj gazit të nanofibrave bd të pacenuar WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 dhe Pt-NiO@WO3;bazuar, për shembull, në vetitë e selektivitetit të sensorëve nanofibër PtPd@WO3, PtRn@WO3 dhe Pt-NiO@WO3 në 1 ppm të gazit ndërhyrës 126
Përveç kësaj, heterobashkimet e formuara midis materialeve të skelës dhe nanogrimcave gjithashtu mund të modulojnë në mënyrë efektive kanalet e përcjelljes përmes një mekanizmi modulimi radial për të përmirësuar performancën e sensorit130,131,132.Në fig.Figura 6a tregon karakteristikat e sensorit të nanotelave të pastër SnO2 dhe Cr2O3@SnO2 për reduktimin dhe oksidimin e gazeve dhe mekanizmat përkatës të sensorëve131.Krahasuar me nanotelat e pastër SnO2, përgjigja e nanotelave Cr2O3@SnO2 ndaj gazeve reduktuese është përmirësuar shumë, ndërsa përgjigja ndaj gazeve oksiduese është përkeqësuar.Këto dukuri janë të lidhura ngushtë me ngadalësimin lokal të kanaleve përcjellëse të nanotelave SnO2 në drejtimin radial të heterobashkimit pn të formuar.Rezistenca e sensorit mund të rregullohet thjesht duke ndryshuar gjerësinë EDL në sipërfaqen e nanotelave të pastër SnO2 pas ekspozimit ndaj gazeve reduktuese dhe oksiduese.Sidoqoftë, për nanotelat Cr2O3@SnO2, DEL fillestar i nanotelave SnO2 në ajër është rritur në krahasim me nanotelat e pastër SnO2 dhe kanali i përcjelljes shtypet për shkak të formimit të një heterobashkimi.Prandaj, kur sensori ekspozohet ndaj një gazi reduktues, elektronet e bllokuara lëshohen në nanotelat SnO2 dhe EDL zvogëlohet në mënyrë drastike, duke rezultuar në ndjeshmëri më të lartë se nanotelat e pastër SnO2.Në të kundërt, kur kaloni në një gaz oksidues, zgjerimi i DEL është i kufizuar, duke rezultuar në ndjeshmëri të ulët.Rezultate të ngjashme të reagimit ndijor u vunë re nga Choi et al., 133 në të cilat nanotelat SnO2 të zbukuruara me nanogrimca WO3 të tipit p treguan një reagim ndjesor të përmirësuar ndjeshëm ndaj gazeve reduktuese, ndërsa sensorët SnO2 të dekoruar me n kishin përmirësuar ndjeshmërinë ndaj gazeve oksiduese.Nanogrimcat TiO2 (Fig. 6b) 133. Ky rezultat është kryesisht për shkak të funksioneve të ndryshme të punës së nanogrimcave SnO2 dhe MOS (TiO2 ose WO3).Në nanogrimcat e tipit p (n-lloj), kanali i përcjelljes së materialit kornizë (SnO2) zgjerohet (ose tkurret) në drejtimin radial, dhe më pas, nën veprimin e reduktimit (ose oksidimit), zgjerimi (ose shkurtimi) i mëtejshëm. të kanalit përcjellës të SnO2 – brinjë ) të gazit (Fig. 6b).
Mekanizmi i modulimit radial i nxitur nga LF MOS i modifikuar.një përmbledhje e përgjigjeve të gazit ndaj gazeve reduktuese dhe oksiduese 10 ppm bazuar në nanotelat e pastër SnO2 dhe Cr2O3@SnO2 dhe diagramet skematike të mekanizmave ndijues përkatës;dhe skemat përkatëse të nanoshodave WO3@SnO2 dhe mekanizmin e zbulimit133
Në pajisjet heterostrukturore dyshtresore dhe shumështresore, kanali i përcjelljes së pajisjes dominohet nga shtresa (zakonisht shtresa e poshtme) në kontakt të drejtpërdrejtë me elektrodat, dhe heterobashkimi i formuar në ndërfaqen e dy shtresave mund të kontrollojë përçueshmërinë e shtresës së poshtme. .Prandaj, kur gazrat ndërveprojnë me shtresën e sipërme, ato mund të ndikojnë ndjeshëm në kanalet e përcjelljes së shtresës së poshtme dhe në rezistencën 134 të pajisjes.Për shembull, Kumar et al.77 raportuan sjelljen e kundërt të shtresave të dyfishta TiO2@NiO dhe NiO@TiO2 për NH3.Ky ndryshim lind sepse kanalet e përcjelljes së dy sensorëve dominojnë në shtresat e materialeve të ndryshme (përkatësisht NiO dhe TiO2), dhe më pas variacionet në kanalet e përcjelljes themelore janë të ndryshme77.
Heteronanostrukturat dyshtresore ose shumështresore prodhohen zakonisht nga spërkatja, depozitimi i shtresës atomike (ALD) dhe centrifugimi56,70,134,135,136.Trashësia e filmit dhe zona e kontaktit të dy materialeve mund të kontrollohen mirë.Figura 7a dhe b tregojnë nanofilmat NiO@SnO2 dhe Ga2O3@WO3 të marra nga spërkatja për zbulimin e etanolit135,137.Megjithatë, këto metoda në përgjithësi prodhojnë filma të sheshtë dhe këto filma të sheshtë janë më pak të ndjeshëm se materialet me nanostrukturë 3D për shkak të sipërfaqes së tyre të ulët specifike dhe përshkueshmërisë së gazit.Prandaj, një strategji e fazës së lëngshme për fabrikimin e filmave të dyfishtë me hierarki të ndryshme është propozuar gjithashtu për të përmirësuar performancën perceptuese duke rritur sipërfaqen specifike të sipërfaqes41,52,138.Zhu et al139 kombinuan teknikat e spërkatjes dhe hidrotermale për të prodhuar nanotela ZnO shumë të renditura mbi nanotelat SnO2 (nanotelat ZnO@SnO2) për zbulimin e H2S (Fig. 7c).Përgjigja e tij ndaj 1 ppm H2S është 1.6 herë më e lartë se ajo e një sensori të bazuar në nanofilma të spërkatur ZnO@SnO2.Liu et al.52 raportoi një sensor H2S me performancë të lartë duke përdorur një metodë depozitimi kimik me dy hapa në vend për të fabrikuar nanostrukturat hierarkike SnO2@NiO të ndjekura nga pjekja termike (Fig. 10d).Krahasuar me filmat e dyfishtë me spërkatje konvencionale SnO2@NiO, performanca e ndjeshmërisë së strukturës hierarkike të dyshtresave SnO2@NiO është përmirësuar ndjeshëm për shkak të rritjes së sipërfaqes specifike52,137.
Sensori i gazit me dy shtresa i bazuar në MOS.Nanofilm NiO@SnO2 për zbulimin e etanolit;137b nanofilm Ga2O3@WO3 për zbulimin e etanolit;135c strukturë hierarkike e dyfishtë SnO2@ZnO e renditur shumë për zbulimin e H2S;Struktura hierarkike e dyshtresave 139d SnO2@NiO për zbulimin e H2S52.
Në pajisjet e tipit II të bazuara në heteronostrukturat e guaskës së bërthamës (CSHN), mekanizmi ndijues është më kompleks, pasi kanalet e përcjelljes nuk kufizohen në guaskën e brendshme.Si rruga e prodhimit ashtu edhe trashësia (hs) e paketimit mund të përcaktojnë vendndodhjen e kanaleve përcjellëse.Për shembull, kur përdoren metoda të sintezës nga poshtë-lart, kanalet e përcjelljes zakonisht kufizohen në bërthamën e brendshme, e cila është e ngjashme në strukturë me strukturat e pajisjes me dy shtresa ose shumë shtresa (Fig. 2b (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 raportoi një qasje nga poshtë-lart për marrjen e CSHN NiO@α-Fe2O3 dhe CuO@α-Fe2O3 duke depozituar një shtresë të NP-ve NiO ose CuO në nanoshkopinjtë α-Fe2O3 në të cilat kanali i përcjelljes ishte i kufizuar nga pjesa qendrore.(nanorodat α-Fe2O3).Liu et al.142 gjithashtu arriti të kufizojë kanalin e përcjelljes në pjesën kryesore të CSHN TiO2 @ Si duke depozituar TiO2 në grupe të përgatitura të nanotelave silikoni.Prandaj, sjellja e tij ndijuese (lloj p ose n) varet vetëm nga lloji gjysmëpërçues i nanotelit të silikonit.
Megjithatë, shumica e sensorëve të raportuar të bazuar në CSHN (Fig. 2b (4)) u fabrikuan duke transferuar pluhurat e materialit CS të sintetizuar në patate të skuqura.Në këtë rast, rruga e përcjelljes së sensorit ndikohet nga trashësia e strehës (hs).Grupi i Kim-it hetoi efektin e hs në performancën e zbulimit të gazit dhe propozoi një mekanizëm të mundshëm zbulimi100,112,145,146,147,148. Besohet se dy faktorë kontribuojnë në mekanizmin ndijues të kësaj strukture: (1) modulimi radial i EDL-së së guaskës dhe (2) efekti i njollosjes së fushës elektrike (Fig. 8) 145. Studiuesit përmendën se kanali i përcjelljes e bartësve kufizohet kryesisht në shtresën e guaskës kur hs > λD e shtresës së guaskës145. Besohet se dy faktorë kontribuojnë në mekanizmin ndijues të kësaj strukture: (1) modulimi radial i EDL-së së guaskës dhe (2) efekti i njollosjes së fushës elektrike (Fig. 8) 145. Studiuesit përmendën se kanali i përcjelljes e bartësve kufizohet kryesisht në shtresën e guaskës kur hs > λD e shtresës së guaskës145. Считается, что в механизме восприятия этой структуры участвуют два фактора: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки и (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. λD оболочки145. Besohet se në mekanizmin e perceptimit të kësaj strukture përfshihen dy faktorë: (1) modulimi radial i EDL-së së guaskës dhe (2) efekti i turbullimit të fushës elektrike (Fig. 8) 145. Studiuesit vunë re se kanali i përcjelljes së bartësit kufizohet kryesisht në guaskë kur hs > λD predhat145.Besohet se dy faktorë kontribuojnë në mekanizmin e zbulimit të kësaj strukture: (1) modulimi radial i DEL-it të guaskës dhe (2) efekti i njollosjes së fushës elektrike (Fig. 8) 145.研究人员提到传导通道当壳层的hs > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳 > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳层。 Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителей во kryesishtм ограничено оболочкой. Studiuesit vunë re se kanali i përcjelljes Kur hs > λD145 i guaskës, numri i bartësve është i kufizuar kryesisht nga guaska.Prandaj, në modulimin rezistent të sensorit të bazuar në CSHN, mbizotëron modulimi radial i veshjes DEL (Fig. 8a).Sidoqoftë, në hs ≤ λD të guaskës, grimcat e oksigjenit të absorbuara nga guaska dhe heterobashkimi i formuar në heterobashkimin CS janë plotësisht të varfëruar nga elektronet. Prandaj, kanali i përcjelljes jo vetëm që ndodhet brenda shtresës së guaskës, por edhe pjesërisht në pjesën e bërthamës, veçanërisht kur hs < λD të shtresës së guaskës. Prandaj, kanali i përcjelljes jo vetëm që ndodhet brenda shtresës së guaskës, por edhe pjesërisht në pjesën e bërthamës, veçanërisht kur hs < λD të shtresës së guaskës. Poэtomu kanal provodimosti располагается не только внутри оболочечного слоя, por dhe pjesërisht në serdcevinnoy orë, sobenno në hs < λD oboloчечного слоя. Prandaj, kanali i përcjelljes është i vendosur jo vetëm brenda shtresës së guaskës, por edhe pjesërisht në pjesën e bërthamës, veçanërisht në hs < λD të shtresës së guaskës.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部,尤其是当壳层瀌Dh hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и pjesërisht në serdcevine, особено при hs < λD оболочки. Prandaj, kanali i përcjelljes ndodhet jo vetëm brenda guaskës, por edhe pjesërisht në bërthamë, veçanërisht në hs < λD të guaskës.Në këtë rast, si shtresa e elektroneve plotësisht e varfëruar, ashtu edhe shtresa bërthamore e varfëruar pjesërisht, ndihmojnë në modulimin e rezistencës së të gjithë CSHN-së, duke rezultuar në një efekt të bishtit të fushës elektrike (Fig. 8b).Disa studime të tjera kanë përdorur konceptin e fraksionit të vëllimit EDL në vend të një bishti të fushës elektrike për të analizuar efektin hs100,148.Duke marrë parasysh këto dy kontribute, modulimi total i rezistencës CSHN arrin vlerën e tij më të madhe kur hs është i krahasueshëm me mbështjellësin λD, siç tregohet në Fig. 8c.Prandaj, hs optimale për CSHN mund të jetë afër guaskës λD, e cila është në përputhje me vëzhgimet eksperimentale99,144,145,146,149.Disa studime kanë treguar se hs mund të ndikojë gjithashtu në ndjeshmërinë e sensorëve pn-heterounksion të bazuar në CSHN40,148.Li et al.148 dhe Bai et al.40 hetoi sistematikisht efektin e hs në performancën e sensorëve CSHN me heterounksion pn, si TiO2@CuO dhe ZnO@NiO, duke ndryshuar ciklin ALD të veshjes.Si rezultat, sjellja shqisore ndryshoi nga tipi p në llojin n me rritjen e hs40,148.Kjo sjellje është për faktin se në fillim (me një numër të kufizuar ciklesh ALD) heterostrukturat mund të konsiderohen si heteronostruktura të modifikuara.Kështu, kanali i përcjelljes kufizohet nga shtresa bërthamore (MOSFET i tipit p), dhe sensori shfaq sjellje zbulimi të tipit p.Ndërsa numri i cikleve ALD rritet, shtresa e veshjes (MOSFET e tipit n) bëhet pothuajse e vazhdueshme dhe vepron si një kanal përcjellës, duke rezultuar në ndjeshmëri të tipit n.Sjellje e ngjashme e tranzicionit ndijor është raportuar për heteronostrukturat e degëzuara pn 150,151.Zhou et al.150 hetoi ndjeshmërinë e heteronostrukturave të degëzuara Zn2SnO4@Mn3O4 duke kontrolluar përmbajtjen e Zn2SnO4 në sipërfaqen e nanotelave Mn3O4.Kur në sipërfaqen e Mn3O4 u formuan bërthamat Zn2SnO4, u vu re një ndjeshmëri e tipit p.Me një rritje të mëtejshme të përmbajtjes së Zn2SnO4, sensori i bazuar në heteronostrukturat e degëzuara Zn2SnO4@Mn3O4 kalon në sjelljen e sensorit të tipit n.
Tregohet një përshkrim konceptual i mekanizmit sensor dyfunksional të nanotelave CS.a Modulimi i rezistencës për shkak të modulimit radial të predhave të varfëruara nga elektroni, b Efekti negativ i njollosjes në modulimin e rezistencës dhe c Modulimi i rezistencës totale të nanotelave CS për shkak të një kombinimi të të dy efekteve 40
Si përfundim, sensorët e tipit II përfshijnë shumë nanostruktura të ndryshme hierarkike dhe performanca e sensorit varet shumë nga rregullimi i kanaleve përçuese.Prandaj, është thelbësore të kontrollohet pozicioni i kanalit të përcjelljes së sensorit dhe të përdoret një model MOS i përshtatshëm heteroanostrukturor për të studiuar mekanizmin e zgjeruar të sensorëve të tipit II.
Strukturat e sensorit të tipit III nuk janë shumë të zakonshme, dhe kanali i përcjelljes bazohet në një heterobashkim të formuar midis dy gjysmëpërçuesve të lidhur me dy elektroda, përkatësisht.Strukturat unike të pajisjes zakonisht përftohen përmes teknikave të mikropërpunimit dhe mekanizmat e tyre ndijues janë shumë të ndryshëm nga dy strukturat e mëparshme të sensorëve.Kurba IV e një sensori të tipit III zakonisht shfaq karakteristika tipike të korrigjimit për shkak të formimit të heterobashkimit48,152,153.Kurba karakteristike I–V e një heterobashkimi ideal mund të përshkruhet nga mekanizmi termionik i emetimit të elektroneve mbi lartësinë e barrierës së heterobashkimit152,154,155.
ku Va është tensioni i paragjykimit, A është zona e pajisjes, k është konstanta e Boltzmann-it, T është temperatura absolute, q është ngarkesa bartëse, Jn dhe Jp janë respektivisht dendësia e rrymës së vrimës dhe difuzionit të elektroneve.IS përfaqëson rrymën e kundërt të ngopjes, e përcaktuar si: 152,154,155
Prandaj, rryma totale e heterobashkimit pn varet nga ndryshimi në përqendrimin e bartësve të ngarkesës dhe ndryshimi në lartësinë e pengesës së heterobashkimit, siç tregohet në ekuacionet (3) dhe (4) 156
ku nn0 dhe pp0 janë përqendrimi i elektroneve (vrimave) në një MOS të tipit n (p-lloj), \(V_{bi}^0\) është potenciali i integruar, Dp (Dn) është koeficienti i difuzionit të elektronet (vrima), Ln (Lp) është gjatësia e difuzionit të elektroneve (vrima), ΔEv (ΔEc) është zhvendosja e energjisë e brezit të valencës (banda e përcjelljes) në heterobashkim.Edhe pse dendësia e rrymës është proporcionale me densitetin e bartësit, ajo është në përpjesëtim të zhdrejtë në mënyrë eksponenciale me \(V_{bi}^0\).Prandaj, ndryshimi i përgjithshëm në densitetin e rrymës varet fuqimisht nga modulimi i lartësisë së barrierës heterobashkuese.
Siç u përmend më lart, krijimi i MOSFET-ve me hetero-nanostrukturë (për shembull, pajisjet e tipit I dhe tipi II) mund të përmirësojë ndjeshëm performancën e sensorit, në vend të komponentëve individualë.Dhe për pajisjet e tipit III, përgjigja heteroanostrukturore mund të jetë më e lartë se dy komponentë48,153 ose më e lartë se një komponent76, në varësi të përbërjes kimike të materialit.Disa raporte kanë treguar se përgjigja e heteronostrukturave është shumë më e lartë se ajo e një komponenti të vetëm kur njëri prej përbërësve është i pandjeshëm ndaj gazit të synuar48,75,76,153.Në këtë rast, gazi i synuar do të ndërveprojë vetëm me shtresën e ndjeshme dhe do të shkaktojë një zhvendosje Ef të shtresës së ndjeshme dhe një ndryshim në lartësinë e barrierës heterobashkuese.Atëherë rryma totale e pajisjes do të ndryshojë ndjeshëm, pasi është e lidhur në mënyrë të zhdrejtë me lartësinë e pengesës së heterounksionit sipas ekuacionit.(3) dhe (4) 48,76,153.Megjithatë, kur të dy komponentët e tipit n dhe të tipit p janë të ndjeshëm ndaj gazit të synuar, performanca e zbulimit mund të jetë diku në mes.José et al.76 prodhuan një sensor poroz të filmit NO2 NiO/SnO2 me spërkatje dhe zbuluan se ndjeshmëria e sensorit ishte vetëm më e lartë se ajo e sensorit me bazë NiO, por më e ulët se ajo e sensorit me bazë SnO2.sensor.Ky fenomen është për faktin se SnO2 dhe NiO shfaqin reaksione të kundërta me NO276.Gjithashtu, për shkak se të dy komponentët kanë ndjeshmëri të ndryshme ndaj gazit, ata mund të kenë të njëjtën tendencë për të zbuluar gazrat oksidues dhe reduktues.Për shembull, Kwon et al.157 propozoi një sensor gazi me heterounksion NiO/SnO2 pn me spërkatje të zhdrejtë, siç tregohet në Fig. 9a.Interesante, sensori i pn-heterobashkimit NiO/SnO2 tregoi të njëjtën prirje ndjeshmërie për H2 dhe NO2 (Fig. 9a).Për të zgjidhur këtë rezultat, Kwon et al.157 hetoi sistematikisht se si NO2 dhe H2 ndryshojnë përqendrimet e bartësit dhe akorduan \(V_{bi}^0\) të të dy materialeve duke përdorur karakteristikat IV dhe simulimet kompjuterike (Fig. 9bd).Figura 9b dhe c demonstrojnë aftësinë e H2 dhe NO2 për të ndryshuar densitetin bartës të sensorëve bazuar në p-NiO (pp0) dhe n-SnO2 (nn0), respektivisht.Ata treguan se pp0 e NiO të tipit p ndryshoi pak në mjedisin NO2, ndërsa ndryshoi në mënyrë dramatike në mjedisin H2 (Fig. 9b).Megjithatë, për SnO2 të tipit n, nn0 sillet në mënyrë të kundërt (Fig. 9c).Bazuar në këto rezultate, autorët arritën në përfundimin se kur H2 u aplikua në sensor bazuar në heterobashkimin NiO/SnO2 pn, një rritje në nn0 çoi në një rritje në Jn dhe \(V_{bi}^0\) çoi në një ulje e përgjigjes (Fig. 9d).Pas ekspozimit ndaj NO2, si një rënie e madhe në nn0 në SnO2 dhe një rritje e vogël në pp0 në NiO çojnë në një rënie të madhe të \(V_{bi}^0\), e cila siguron një rritje të përgjigjes ndijore (Fig. 9d ) 157 Si përfundim, ndryshimet në përqendrimin e bartësve dhe \(V_{bi}^0\) sjellin ndryshime në rrymën totale, gjë që ndikon më tej në aftësinë e zbulimit.
Mekanizmi ndijues i sensorit të gazit bazohet në strukturën e pajisjes së tipit III.Imazhet me seksion tërthor të mikroskopit elektronik skanues (SEM), pajisja nanoboil p-NiO/n-SnO2 dhe vetitë e sensorit të sensorit të heterobashkimit të nanoboilës p-NiO/n-SnO2 në 200°C për H2 dhe NO2;b , SEM me seksion tërthor të një pajisjeje c dhe rezultatet e simulimit të një pajisjeje me një shtresë b p-NiO dhe një shtresë c n-SnO2.Sensori b p-NiO dhe sensori c n-SnO2 matin dhe përputhen me karakteristikat I–V në ajër të thatë dhe pas ekspozimit ndaj H2 dhe NO2.Një hartë dy-dimensionale e densitetit të vrimës b në p-NiO dhe një hartë e elektroneve c në shtresën n-SnO2 me një shkallë ngjyrash u modeluan duke përdorur softuerin Sentaurus TCAD.d Rezultatet e simulimit që tregojnë një hartë 3D të p-NiO/n-SnO2 në ajër të thatë, H2 dhe NO2157 në mjedis.
Përveç vetive kimike të vetë materialit, struktura e pajisjes së tipit III demonstron mundësinë e krijimit të sensorëve të gazit vetëfuqishëm, gjë që nuk është e mundur me pajisjet e tipit I dhe tipit II.Për shkak të fushës së tyre të natyrshme elektrike (BEF), strukturat e diodës heterobashkuese pn përdoren zakonisht për të ndërtuar pajisje fotovoltaike dhe për të treguar potencialin për të bërë sensorë të gazit fotoelektrikë vetëfuqishëm në temperaturën e dhomës nën ndriçim74,158,159,160,161.BEF në heterointerface, i shkaktuar nga ndryshimi në nivelet Fermi të materialeve, gjithashtu kontribuon në ndarjen e çifteve elektron-vrima.Avantazhi i një sensori të gazit fotovoltaik me energji vetëfuqishme është konsumi i tij i ulët i energjisë pasi ai mund të thithë energjinë e dritës ndriçuese dhe më pas të kontrollojë veten ose pajisje të tjera në miniaturë pa pasur nevojë për një burim të jashtëm energjie.Për shembull, Tanuma dhe Sugiyama162 kanë fabrikuar heterobashkime NiO/ZnO pn si qeliza diellore për të aktivizuar sensorët polikristaline CO2 me bazë SnO2.Gad et al.74 raportoi një sensor gazi fotovoltaik të vetë-fuqishëm bazuar në një heterobashkim Si/ZnO@CdS pn, siç tregohet në Fig. 10a.Nanotelat ZnO të orientuara vertikalisht u rritën drejtpërdrejt në nënshtresa silikoni të tipit p për të formuar heterobashkim Si/ZnO pn.Pastaj nanogrimcat CdS u modifikuan në sipërfaqen e nanotelave ZnO me modifikim kimik të sipërfaqes.Në fig.10a tregon rezultatet e përgjigjes së sensorit jashtë linjës Si/ZnO@CdS për O2 dhe etanol.Nën ndriçim, voltazhi i qarkut të hapur (Voc) për shkak të ndarjes së çifteve elektron-vrima gjatë BEP në heterondërfaqen Si/ZnO rritet në mënyrë lineare me numrin e diodave të lidhura 74,161.Voc mund të përfaqësohet nga një ekuacion.(5) 156,
ku ND, NA dhe Ni janë përkatësisht përqendrimet e dhuruesve, pranuesve dhe bartësve të brendshëm, dhe k, T dhe q janë të njëjtat parametra si në ekuacionin e mëparshëm.Kur ekspozohen ndaj gazeve oksiduese, ata nxjerrin elektrone nga nanotelat ZnO, gjë që çon në një ulje të \(N_D^{ZnO}\) dhe Voc.Anasjelltas, reduktimi i gazit rezultoi në një rritje të Voc (Fig. 10a).Kur zbukurojmë ZnO me nanogrimca CdS, elektronet e fotoekcituara në nanogrimcat CdS injektohen në brezin përcjellës të ZnO dhe ndërveprojnë me gazin e përthithur, duke rritur kështu efikasitetin e perceptimit74,160.Një sensor i ngjashëm i gazit fotovoltaik i vetë-fuqishëm i bazuar në Si/ZnO u raportua nga Hoffmann et al.160, 161 (Fig. 10b).Ky sensor mund të përgatitet duke përdorur një linjë nanogrimcash ZnO të funksionalizuara nga amine ([3-(2-aminoetilamino)propil]trimetoksisilan) (amino-funksionalizuar-SAM) dhe tiol ((3-merkaptopropil)-funksionalizuar, për të rregulluar funksionin e punës i gazit të synuar për zbulimin selektiv të NO2 (trimetoksisilan) (tiol-funksionalizuar-SAM)) (Fig. 10b) 74,161.
Një sensor gazi fotoelektrik i vetëfunksionuar i bazuar në strukturën e një pajisjeje të tipit III.një sensor gazi fotovoltaik i vetëfuqishëm i bazuar në Si/ZnO@CdS, mekanizëm ndijues vetëfuqishëm dhe reagim sensor ndaj gazeve të oksiduar (O2) dhe të reduktuar (1000 ppm etanol) nën rrezet e diellit;74b Sensori i gazit fotovoltaik i vetëfuqishëm i bazuar në sensorët Si ZnO/ZnO dhe përgjigjet e sensorëve ndaj gazeve të ndryshme pas funksionalizimit të ZnO SAM me aminat dhe tiolet terminale 161
Prandaj, kur diskutohet mekanizmi i ndjeshëm i sensorëve të tipit III, është e rëndësishme të përcaktohet ndryshimi në lartësinë e pengesës heterobashkuese dhe aftësia e gazit për të ndikuar në përqendrimin e bartësit.Përveç kësaj, ndriçimi mund të gjenerojë transportues të fotogjeneruar që reagojnë me gazrat, gjë që është premtuese për zbulimin e gazit me energji vetë.
Siç u diskutua në këtë përmbledhje të literaturës, shumë heteronostruktura të ndryshme MOS janë fabrikuar për të përmirësuar performancën e sensorit.Baza e të dhënave Web of Science u kërkua për fjalë kyçe të ndryshme (përbërje oksid metali, okside metalike të mbështjelljes së bërthamës, okside metalike me shtresa dhe analizues gazi me energji vetë-fuqishme) si dhe karakteristika dalluese (bollëk, ndjeshmëri/përzgjedhje, potencial për gjenerimin e energjisë, prodhim) .Metoda Karakteristikat e tre prej këtyre tre pajisjeve janë paraqitur në tabelën 2. Koncepti i përgjithshëm i projektimit për sensorët e gazit me performancë të lartë diskutohet duke analizuar tre faktorët kryesorë të propozuar nga Yamazoe.Mekanizmat për sensorët e heterostrukturës MOS Për të kuptuar faktorët që ndikojnë në sensorët e gazit, janë studiuar me kujdes parametra të ndryshëm MOS (p.sh. madhësia e kokrrizave, temperatura e funksionimit, defekti dhe dendësia e hapësirës së lirë të oksigjenit, rrafshet kristal të hapur).Struktura e pajisjes, e cila është gjithashtu kritike për sjelljen ndijuese të sensorit, është lënë pas dore dhe është diskutuar rrallë.Ky rishikim diskuton mekanizmat themelorë për zbulimin e tre llojeve tipike të strukturës së pajisjes.
Struktura e madhësisë së kokrrizave, metoda e prodhimit dhe numri i heterobashkimeve të materialit ndijor në një sensor të tipit I mund të ndikojnë shumë në ndjeshmërinë e sensorit.Për më tepër, sjellja e sensorit ndikohet gjithashtu nga raporti molar i përbërësve.Strukturat e pajisjes së tipit II (heteronanostruktura dekorative, filma me dy shtresa ose shumë shtresa, HSSN) janë strukturat më të njohura të pajisjes që përbëhen nga dy ose më shumë komponentë dhe vetëm një komponent është i lidhur me elektrodën.Për këtë strukturë të pajisjes, përcaktimi i vendndodhjes së kanaleve të përcjelljes dhe ndryshimeve relative të tyre është kritik në studimin e mekanizmit të perceptimit.Për shkak se pajisjet e tipit II përfshijnë shumë heteronostruktura të ndryshme hierarkike, janë propozuar shumë mekanizma të ndryshëm ndijues.Në një strukturë shqisore të tipit III, kanali i përcjelljes dominohet nga një heterounksion i formuar në heterounksion, dhe mekanizmi i perceptimit është krejtësisht i ndryshëm.Prandaj, është e rëndësishme të përcaktohet ndryshimi në lartësinë e pengesës heterobashkuese pas ekspozimit të gazit të synuar ndaj sensorit të tipit III.Me këtë dizajn, mund të bëhen sensorë të gazit fotovoltaik të vetë-fuqishëm për të zvogëluar konsumin e energjisë.Megjithatë, duke qenë se procesi aktual i fabrikimit është mjaft i ndërlikuar dhe ndjeshmëria është shumë më e ulët se sensorët tradicionalë të gazit kimio-rezistues të bazuar në MOS, ka ende shumë përparim në kërkimin e sensorëve të gazit me energji vetë-fuqishme.
Përparësitë kryesore të sensorëve MOS të gazit me heteronostruktura hierarkike janë shpejtësia dhe ndjeshmëria më e lartë.Megjithatë, disa probleme kryesore të sensorëve të gazit MOS (p.sh., temperatura e lartë e funksionimit, qëndrueshmëria afatgjatë, selektiviteti dhe riprodhueshmëria e dobët, efektet e lagështisë, etj.) ekzistojnë ende dhe duhet të adresohen përpara se të mund të përdoren në aplikime praktike.Sensorët modernë të gazit MOS zakonisht funksionojnë në temperatura të larta dhe konsumojnë shumë energji, gjë që ndikon në qëndrueshmërinë afatgjatë të sensorit.Ekzistojnë dy qasje të zakonshme për zgjidhjen e këtij problemi: (1) zhvillimi i çipave të sensorëve me fuqi të ulët;(2) zhvillimi i materialeve të reja të ndjeshme që mund të funksionojnë në temperaturë të ulët apo edhe në temperaturë dhome.Një qasje për zhvillimin e çipave të sensorëve me fuqi të ulët është minimizimi i madhësisë së sensorit duke prodhuar pllaka mikrongrohëse të bazuara në qeramikë dhe silikon163.Pllakat mikro ngrohëse me bazë qeramike konsumojnë afërsisht 50–70 mV për sensor, ndërsa pllakat mikro ngrohëse të optimizuara me bazë silikoni mund të konsumojnë deri në 2 mW për sensor kur funksionojnë vazhdimisht në 300 °C163,164.Zhvillimi i materialeve të reja ndijuese është një mënyrë efektive për të reduktuar konsumin e energjisë duke ulur temperaturën e funksionimit dhe gjithashtu mund të përmirësojë stabilitetin e sensorit.Ndërsa madhësia e MOS-it vazhdon të zvogëlohet për të rritur ndjeshmërinë e sensorit, stabiliteti termik i MOS bëhet më një sfidë, gjë që mund të çojë në zhvendosje në sinjalin e sensorit165.Për më tepër, temperatura e lartë nxit shpërndarjen e materialeve në heterondërfaqen dhe formimin e fazave të përziera, gjë që ndikon në vetitë elektronike të sensorit.Studiuesit raportojnë se temperatura optimale e funksionimit të sensorit mund të reduktohet duke zgjedhur materiale të përshtatshme ndijuese dhe duke zhvilluar heteronostruktura MOS.Kërkimi për një metodë me temperaturë të ulët për fabrikimin e heteronostrukturave MOS shumë kristalore është një tjetër qasje premtuese për të përmirësuar stabilitetin.
Selektiviteti i sensorëve MOS është një çështje tjetër praktike pasi gazrat e ndryshëm bashkëjetojnë me gazin e synuar, ndërsa sensorët MOS shpesh janë të ndjeshëm ndaj më shumë se një gazi dhe shpesh shfaqin ndjeshmëri të kryqëzuar.Prandaj, rritja e selektivitetit të sensorit ndaj gazit të synuar si dhe ndaj gazeve të tjera është kritike për aplikime praktike.Gjatë dekadave të fundit, zgjedhja është adresuar pjesërisht nga ndërtimi i grupeve të sensorëve të gazit të quajtur "hundë elektronikë (E-hundë)" në kombinim me algoritme të analizës llogaritëse si kuantizimi i vektorit të trajnimit (LVQ), analiza e komponentit kryesor (PCA). etj e.Probleme seksuale.Sheshet më të vogla të pjesshme (PLS), etj. 31, 32, 33, 34. Dy faktorë kryesorë (numri i sensorëve, të cilët janë të lidhur ngushtë me llojin e materialit ndijor dhe analiza llogaritëse) janë kritike për përmirësimin e aftësisë së hundëve elektronike për të identifikuar gazrat169.Megjithatë, rritja e numrit të sensorëve zakonisht kërkon shumë procese komplekse prodhimi, kështu që është thelbësore të gjendet një metodë e thjeshtë për të përmirësuar performancën e hundëve elektronike.Përveç kësaj, modifikimi i MOS me materiale të tjera mund të rrisë gjithashtu selektivitetin e sensorit.Për shembull, zbulimi selektiv i H2 mund të arrihet për shkak të aktivitetit të mirë katalitik të MOS të modifikuar me NP Pd.Vitet e fundit, disa studiues kanë veshur sipërfaqen MOS MOF për të përmirësuar selektivitetin e sensorit përmes përjashtimit të madhësisë171,172.Frymëzuar nga kjo punë, funksionalizimi i materialit mund të zgjidhë disi problemin e selektivitetit.Megjithatë, ka ende shumë punë për të bërë në zgjedhjen e materialit të duhur.
Përsëritshmëria e karakteristikave të sensorëve të prodhuar në të njëjtat kushte dhe metoda është një tjetër kërkesë e rëndësishme për prodhim në shkallë të gjerë dhe aplikime praktike.Në mënyrë tipike, metodat e centrifugimit dhe zhytjes janë metoda me kosto të ulët për fabrikimin e sensorëve të gazit me xhiro të lartë.Megjithatë, gjatë këtyre proceseve, materiali i ndjeshëm tenton të grumbullohet dhe marrëdhënia midis materialit të ndjeshëm dhe nënshtresës bëhet e dobët68, 138, 168. Si rezultat, ndjeshmëria dhe qëndrueshmëria e sensorit përkeqësohen ndjeshëm dhe performanca bëhet e riprodhueshme.Metoda të tjera të fabrikimit si spërkatja, ALD, depozitimi me lazer pulsues (PLD) dhe depozitimi fizik i avullit (PVD) lejojnë prodhimin e filmave MOS dyshtresore ose shumështresore direkt në nënshtresa silikoni ose alumini me model.Këto teknika shmangin grumbullimin e materialeve të ndjeshme, sigurojnë riprodhueshmërinë e sensorit dhe demonstrojnë realizueshmërinë e prodhimit në shkallë të gjerë të sensorëve planar me shtresë të hollë.Megjithatë, ndjeshmëria e këtyre filmave të sheshtë është përgjithësisht shumë më e ulët se ajo e materialeve me nanostrukturë 3D për shkak të sipërfaqes së tyre të vogël specifike dhe përshkueshmërisë së ulët të gazit41,174.Strategjitë e reja për rritjen e heteronanostrukturave MOS në vende specifike në mikrovargje të strukturuara dhe kontrollin e saktë të madhësisë, trashësisë dhe morfologjisë së materialeve të ndjeshme janë kritike për fabrikimin me kosto të ulët të sensorëve të nivelit të vaferit me riprodhueshmëri dhe ndjeshmëri të lartë.Për shembull, Liu et al.174 propozoi një strategji të kombinuar nga lart-poshtë dhe nga poshtë-lart për fabrikimin e kristaliteve me fuqi të lartë duke rritur in situ nanomuret Ni(OH)2 në vende specifike..Vafera për mikroburners.
Përveç kësaj, është gjithashtu e rëndësishme të merret parasysh efekti i lagështisë në sensor në aplikime praktike.Molekulat e ujit mund të konkurrojnë me molekulat e oksigjenit për vendet e adsorbimit në materialet sensorë dhe të ndikojnë në përgjegjësinë e sensorit për gazin e synuar.Ashtu si oksigjeni, uji vepron si një molekulë përmes thithjes fizike dhe gjithashtu mund të ekzistojë në formën e radikaleve hidroksil ose grupeve hidroksil në një sërë stacionesh oksidimi përmes kimisorbimit.Për më tepër, për shkak të nivelit të lartë dhe lagështisë së ndryshueshme të mjedisit, një përgjigje e besueshme e sensorit ndaj gazit të synuar është një problem i madh.Janë zhvilluar disa strategji për të adresuar këtë problem, si parapërqendrimi i gazit177, metodat e kompensimit të lagështisë dhe rrjetave ndër-reaktive178, si dhe metodat e tharjes179,180.Megjithatë, këto metoda janë të shtrenjta, komplekse dhe zvogëlojnë ndjeshmërinë e sensorit.Janë propozuar disa strategji të lira për të shtypur efektet e lagështisë.Për shembull, dekorimi i SnO2 me nanogrimca Pd mund të nxisë shndërrimin e oksigjenit të përthithur në grimca anionike, ndërsa funksionalizimi i SnO2 me materiale me afinitet të lartë për molekulat e ujit, si NiO dhe CuO, janë dy mënyra për të parandaluar varësinë e lagështisë nga molekulat e ujit..Sensorët 181, 182, 183. Përveç kësaj, efekti i lagështisë mund të reduktohet gjithashtu duke përdorur materiale hidrofobike për të formuar sipërfaqe hidrofobike36,138,184,185.Megjithatë, zhvillimi i sensorëve të gazit rezistent ndaj lagështirës është ende në një fazë të hershme dhe kërkohen strategji më të avancuara për të adresuar këto çështje.
Si përfundim, përmirësimet në performancën e zbulimit (p.sh., ndjeshmëria, selektiviteti, temperatura e ulët optimale e funksionimit) janë arritur duke krijuar heteronanostruktura MOS dhe janë propozuar mekanizma të ndryshëm të përmirësuar të zbulimit.Kur studioni mekanizmin e sensorit të një sensori të veçantë, duhet të merret parasysh edhe struktura gjeometrike e pajisjes.Hulumtimi mbi materialet e reja ndijuese dhe kërkimi mbi strategjitë e avancuara të fabrikimit do të kërkohet për të përmirësuar më tej performancën e sensorëve të gazit dhe për të adresuar sfidat e mbetura në të ardhmen.Për akordimin e kontrolluar të karakteristikave të sensorit, është e nevojshme të ndërtohet sistematikisht marrëdhënia midis metodës sintetike të materialeve sensorë dhe funksionit të heteronostrukturave.Për më tepër, studimi i reaksioneve sipërfaqësore dhe ndryshimeve në heterondërfaqet duke përdorur metoda moderne të karakterizimit mund të ndihmojë në sqarimin e mekanizmave të perceptimit të tyre dhe të ofrojë rekomandime për zhvillimin e sensorëve të bazuar në materiale heteroanostrukturore.Së fundi, studimi i strategjive moderne të fabrikimit të sensorëve mund të lejojë fabrikimin e sensorëve miniaturë të gazit në nivelin e vaferit për aplikimet e tyre industriale.
Genzel, NN et al.Një studim gjatësor i niveleve të dioksidit të azotit të brendshëm dhe simptomave të frymëmarrjes tek fëmijët me astmë në zonat urbane.lagje.Perspektiva shëndetësore.116, 1428–1432 (2008).


Koha e postimit: Nëntor-04-2022