• Μονοξείδιο του άνθρακα εσωτερικού χώρου διοξείδιο του άνθρακα μεθάνιο χλώριο και άλλο όργανο συναγερμού πολλαπλών παραμέτρων ανιχνευτή αερίων

Μονοξείδιο του άνθρακα εσωτερικού χώρου διοξείδιο του άνθρακα μεθάνιο χλώριο και άλλο όργανο συναγερμού πολλαπλών παραμέτρων ανιχνευτή αερίων

Η ανάπτυξη φορητών και μικροσκοπικών αισθητήρων αερίου υψηλής απόδοσης κερδίζει αυξανόμενη προσοχή στους τομείς της περιβαλλοντικής παρακολούθησης, της ασφάλειας, της ιατρικής διάγνωσης και της γεωργίας.Μεταξύ των διάφορων εργαλείων ανίχνευσης, οι αισθητήρες αερίων χημειο-ανθεκτικών με μεταλλικό οξείδιο (MOS) είναι η πιο δημοφιλής επιλογή για εμπορικές εφαρμογές λόγω της υψηλής σταθερότητας, του χαμηλού κόστους και της υψηλής ευαισθησίας τους.Μία από τις πιο σημαντικές προσεγγίσεις για την περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης του αισθητήρα είναι η δημιουργία ετεροσυνδέσεων που βασίζονται σε MOS νανομεγέθους (ετερό-νανοδομή MOS) από νανοϋλικά MOS.Ωστόσο, ο μηχανισμός ανίχνευσης ενός ετερονοδομημένου αισθητήρα MOS είναι διαφορετικός από αυτόν ενός μεμονωμένου αισθητήρα αερίου MOS, καθώς είναι αρκετά περίπλοκος.Η απόδοση του αισθητήρα επηρεάζεται από διάφορες παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένων των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του ευαίσθητου υλικού (όπως μέγεθος κόκκου, πυκνότητα ελαττώματος και κενές θέσεις οξυγόνου υλικού), θερμοκρασία λειτουργίας και δομή της συσκευής.Αυτή η ανασκόπηση παρουσιάζει διάφορες έννοιες για το σχεδιασμό αισθητήρων αερίων υψηλής απόδοσης αναλύοντας τον μηχανισμό ανίχνευσης ετερογενών νανοδομημένων αισθητήρων MOS.Επιπλέον, συζητείται η επίδραση της γεωμετρικής δομής της συσκευής, που καθορίζεται από τη σχέση μεταξύ του ευαίσθητου υλικού και του ηλεκτροδίου εργασίας.Για τη συστηματική μελέτη της συμπεριφοράς των αισθητήρων, αυτό το άρθρο εισάγει και συζητά τον γενικό μηχανισμό αντίληψης τριών τυπικών γεωμετρικών δομών συσκευών που βασίζονται σε διάφορα ετερονοδομημένα υλικά.Αυτή η επισκόπηση θα χρησιμεύσει ως οδηγός για μελλοντικούς αναγνώστες που μελετούν τους ευαίσθητους μηχανισμούς των αισθητήρων αερίων και αναπτύσσουν αισθητήρες αερίων υψηλής απόδοσης.
Η ατμοσφαιρική ρύπανση είναι ένα όλο και πιο σοβαρό πρόβλημα και ένα σοβαρό παγκόσμιο περιβαλλοντικό πρόβλημα που απειλεί την ευημερία των ανθρώπων και των ζωντανών όντων.Η εισπνοή αέριων ρύπων μπορεί να προκαλέσει πολλά προβλήματα υγείας όπως αναπνευστικές παθήσεις, καρκίνο του πνεύμονα, λευχαιμία ακόμη και πρόωρο θάνατο1,2,3,4.Από το 2012 έως το 2016, εκατομμύρια άνθρωποι αναφέρθηκαν ότι πέθαναν από την ατμοσφαιρική ρύπανση και κάθε χρόνο, δισεκατομμύρια άνθρωποι εκτέθηκαν σε κακή ποιότητα αέρα5.Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν φορητοί και μικροσκοπικοί αισθητήρες αερίου που μπορούν να παρέχουν ανάδραση σε πραγματικό χρόνο και υψηλή απόδοση ανίχνευσης (π.χ. ευαισθησία, επιλεκτικότητα, σταθερότητα και χρόνους απόκρισης και ανάκτησης).Εκτός από την περιβαλλοντική παρακολούθηση, οι αισθητήρες αερίων διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στην ασφάλεια6,7,8, στα ιατρικά διαγνωστικά9,10, στην υδατοκαλλιέργεια11 και σε άλλους τομείς12.
Μέχρι σήμερα, έχουν εισαχθεί αρκετοί φορητοί αισθητήρες αερίων που βασίζονται σε διαφορετικούς μηχανισμούς ανίχνευσης, όπως οπτικοί13,14,15,16,17,18, ηλεκτροχημικοί19,20,21,22 και αισθητήρες χημικής αντίστασης23,24.Μεταξύ αυτών, οι αισθητήρες χημικής αντίστασης μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού (MOS) είναι οι πιο δημοφιλείς σε εμπορικές εφαρμογές λόγω της υψηλής σταθερότητας και του χαμηλού κόστους25,26.Η συγκέντρωση ρύπων μπορεί να προσδιοριστεί απλά ανιχνεύοντας την αλλαγή στην αντίσταση MOS.Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, αναφέρθηκαν οι πρώτοι χημειοανθεκτικοί αισθητήρες αερίου που βασίζονταν σε λεπτές μεμβράνες ZnO, προκαλώντας μεγάλο ενδιαφέρον στον τομέα της ανίχνευσης αερίων27,28.Σήμερα, πολλά διαφορετικά MOS χρησιμοποιούνται ως ευαίσθητα υλικά στα αέρια και μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες με βάση τις φυσικές τους ιδιότητες: MOS τύπου n με ηλεκτρόνια ως κύριους φορείς φορτίου και MOS τύπου p με οπές ως κύριους φορείς φορτίου.φορείς φόρτισης.Γενικά, το MOS τύπου p είναι λιγότερο δημοφιλές από το MOS τύπου n, επειδή η επαγωγική απόκριση του MOS τύπου p (Sp) είναι ανάλογη με την τετραγωνική ρίζα του MOS τύπου n (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) στις ίδιες παραδοχές (για παράδειγμα, η ίδια μορφολογική δομή και η ίδια αλλαγή στην κάμψη των ταινιών στον αέρα) 29,30.Ωστόσο, οι αισθητήρες MOS μιας βάσης εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προβλήματα όπως ανεπαρκές όριο ανίχνευσης, χαμηλή ευαισθησία και επιλεκτικότητα σε πρακτικές εφαρμογές.Τα ζητήματα επιλεκτικότητας μπορούν να αντιμετωπιστούν σε κάποιο βαθμό με τη δημιουργία συστοιχιών αισθητήρων (που ονομάζονται «ηλεκτρονικές μύτες») και ενσωματώνοντας αλγόριθμους υπολογιστικής ανάλυσης όπως η κβαντοποίηση διανυσμάτων εκπαίδευσης (LVQ), η ανάλυση κύριου συστατικού (PCA) και η ανάλυση ελαχίστων τετραγώνων (PLS)31. 32, 33, 34, 35. Επιπλέον, η παραγωγή χαμηλών διαστάσεων MOS32,36,37,38,39 (π.χ. μονοδιάστατα (1D), 0D και 2D νανοϋλικά), καθώς και η χρήση άλλων νανοϋλικών ( π.χ. MOS40,41,42 , νανοσωματίδια ευγενών μετάλλων (NPs))43,44, νανοϋλικά άνθρακα45,46 και αγώγιμα πολυμερή47,48) για τη δημιουργία ετεροσυνδέσεων νανοκλίμακας (δηλαδή, ετερονοδομή MOS) είναι άλλες προτιμώμενες προσεγγίσεις για την επίλυση των παραπάνω προβλημάτων.Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά παχιά φιλμ MOS, το MOS χαμηλής διάστασης με υψηλή ειδική επιφάνεια μπορεί να παρέχει πιο ενεργές θέσεις για την προσρόφηση αερίου και να διευκολύνει τη διάχυση αερίου36,37,49.Επιπλέον, ο σχεδιασμός ετερονοδομών που βασίζονται σε MOS μπορεί να συντονίσει περαιτέρω τη μεταφορά του φορέα στην ετεροδιεπαφή, με αποτέλεσμα μεγάλες αλλαγές στην αντίσταση λόγω διαφορετικών λειτουργικών λειτουργιών50,51,52.Επιπλέον, ορισμένες από τις χημικές επιδράσεις (π.χ. καταλυτική δραστηριότητα και συνεργιστικές επιφανειακές αντιδράσεις) που συμβαίνουν στο σχεδιασμό ετερονοδομών MOS μπορούν επίσης να βελτιώσουν την απόδοση του αισθητήρα. απόδοση αισθητήρα, οι σύγχρονοι αισθητήρες με χημειοανθεκτικότητα χρησιμοποιούν συνήθως δοκιμή και σφάλμα, κάτι που είναι χρονοβόρο και αναποτελεσματικό.Επομένως, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τον μηχανισμό ανίχνευσης των αισθητήρων αερίου που βασίζονται στο MOS, καθώς μπορεί να καθοδηγήσει το σχεδιασμό αισθητήρων κατεύθυνσης υψηλής απόδοσης.
Τα τελευταία χρόνια, οι αισθητήρες αερίου MOS έχουν αναπτυχθεί γρήγορα και έχουν δημοσιευθεί ορισμένες αναφορές για νανοδομές MOS55,56,57, αισθητήρες αερίων θερμοκρασίας δωματίου58,59, ειδικά υλικά αισθητήρων MOS60,61,62 και ειδικούς αισθητήρες αερίων63.Ένα έγγραφο ανασκόπησης στο Other Reviews επικεντρώνεται στην αποσαφήνιση του μηχανισμού ανίχνευσης των αισθητήρων αερίων με βάση τις εγγενείς φυσικές και χημικές ιδιότητες του MOS, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου των κενών θέσεων οξυγόνου 64 , του ρόλου των ετεροανοδομών 55, 65 και της μεταφοράς φορτίου σε ετεροδιεπαφές 66. , πολλές άλλες παράμετροι επηρεάζουν την απόδοση του αισθητήρα, όπως η ετεροδομή, το μέγεθος των κόκκων, η θερμοκρασία λειτουργίας, η πυκνότητα ελαττώματος, οι κενές θέσεις οξυγόνου, ακόμη και τα ανοιχτά κρυστάλλινα επίπεδα του ευαίσθητου υλικού25,67,68,69,70,71.72, 73. Ωστόσο, η (σπάνια αναφερόμενη) γεωμετρική δομή της συσκευής, που καθορίζεται από τη σχέση μεταξύ του αισθητηρίου υλικού και του ηλεκτροδίου εργασίας, επηρεάζει επίσης σημαντικά την ευαισθησία του αισθητήρα74,75,76 (βλ. ενότητα 3 για περισσότερες λεπτομέρειες) .Για παράδειγμα, οι Kumar et al.77 ανέφεραν δύο αισθητήρες αερίου με βάση το ίδιο υλικό (π.χ. αισθητήρες αερίων δύο στρωμάτων με βάση TiO2@NiO και NiO@TiO2) και παρατήρησαν διαφορετικές αλλαγές στην αντίσταση αερίου NH3 λόγω διαφορετικών γεωμετριών της συσκευής.Επομένως, κατά την ανάλυση ενός μηχανισμού ανίχνευσης αερίου, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η δομή της συσκευής.Σε αυτήν την ανασκόπηση, οι συγγραφείς επικεντρώνονται σε μηχανισμούς ανίχνευσης που βασίζονται σε MOS για διάφορες ετερογενείς νανοδομές και δομές συσκευών.Πιστεύουμε ότι αυτή η ανασκόπηση μπορεί να χρησιμεύσει ως οδηγός για τους αναγνώστες που επιθυμούν να κατανοήσουν και να αναλύσουν τους μηχανισμούς ανίχνευσης αερίων και μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη μελλοντικών αισθητήρων αερίων υψηλής απόδοσης.
Στο σχ.Το 1α δείχνει το βασικό μοντέλο ενός μηχανισμού ανίχνευσης αερίων που βασίζεται σε ένα μόνο MOS.Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η προσρόφηση των μορίων οξυγόνου (O2) στην επιφάνεια του MOS θα προσελκύσει ηλεκτρόνια από το MOS και θα σχηματίσει ανιονικά είδη (όπως το O2- και το O-).Στη συνέχεια, ένα στρώμα εξάντλησης ηλεκτρονίων (EDL) για ένα MOS τύπου n ή ένα στρώμα συσσώρευσης οπών (HAL) για ένα MOS τύπου p σχηματίζεται στην επιφάνεια του MOS 15, 23, 78. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του O2 και του Το MOS κάνει τη ζώνη αγωγιμότητας της επιφάνειας MOS να κάμπτεται προς τα πάνω και να σχηματίζει ένα φράγμα δυναμικού.Στη συνέχεια, όταν ο αισθητήρας εκτίθεται στο αέριο στόχο, το αέριο που προσροφάται στην επιφάνεια του MOS αντιδρά με ιοντικά είδη οξυγόνου, είτε προσελκύοντας ηλεκτρόνια (οξειδωτικό αέριο) είτε δίνοντας ηλεκτρόνια (αναγωγικό αέριο).Η μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ του αερίου στόχου και του MOS μπορεί να ρυθμίσει το πλάτος του EDL ή του HAL30,81 με αποτέλεσμα μια αλλαγή στη συνολική αντίσταση του αισθητήρα MOS.Για παράδειγμα, για ένα αναγωγικό αέριο, τα ηλεκτρόνια θα μεταφερθούν από το αναγωγικό αέριο σε ένα MOS τύπου n, με αποτέλεσμα χαμηλότερη EDL και χαμηλότερη αντίσταση, η οποία αναφέρεται ως συμπεριφορά αισθητήρα τύπου n.Αντίθετα, όταν ένα MOS τύπου p εκτίθεται σε ένα αναγωγικό αέριο που καθορίζει τη συμπεριφορά ευαισθησίας τύπου p, το HAL συρρικνώνεται και η αντίσταση αυξάνεται λόγω δωρεάς ηλεκτρονίων.Για τα οξειδωτικά αέρια, η απόκριση του αισθητήρα είναι αντίθετη από εκείνη των αναγωγικών αερίων.
Βασικοί μηχανισμοί ανίχνευσης για MOS τύπου n και p για αναγωγικά και οξειδωτικά αέρια b Βασικοί παράγοντες και φυσικοχημικές ή ιδιότητες υλικού που εμπλέκονται σε αισθητήρες αερίων ημιαγωγών 89
Εκτός από τον βασικό μηχανισμό ανίχνευσης, οι μηχανισμοί ανίχνευσης αερίων που χρησιμοποιούνται σε πρακτικούς αισθητήρες αερίων είναι αρκετά περίπλοκοι.Για παράδειγμα, η πραγματική χρήση ενός αισθητήρα αερίου πρέπει να πληροί πολλές απαιτήσεις (όπως ευαισθησία, επιλεκτικότητα και σταθερότητα) ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη.Αυτές οι απαιτήσεις συνδέονται στενά με τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του ευαίσθητου υλικού.Για παράδειγμα, οι Xu et al.71 απέδειξαν ότι οι αισθητήρες με βάση το SnO2 επιτυγχάνουν την υψηλότερη ευαισθησία όταν η διάμετρος κρυστάλλου (d) είναι ίση ή μικρότερη από το διπλάσιο του μήκους Debye (λD) του SnO271.Όταν d ≤ 2λD, το SnO2 εξαντλείται πλήρως μετά την προσρόφηση των μορίων O2 και η απόκριση του αισθητήρα στο αναγωγικό αέριο είναι μέγιστη.Επιπλέον, διάφορες άλλες παράμετροι μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση του αισθητήρα, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας λειτουργίας, των κρυσταλλικών ελαττωμάτων, ακόμη και των εκτεθειμένων κρυσταλλικών επιπέδων του αισθητηρίου υλικού.Ειδικότερα, η επίδραση της θερμοκρασίας λειτουργίας εξηγείται από τον πιθανό ανταγωνισμό μεταξύ των ρυθμών προσρόφησης και εκρόφησης του αερίου στόχου, καθώς και από την επιφανειακή αντιδραστικότητα μεταξύ των μορίων του προσροφημένου αερίου και των σωματιδίων οξυγόνου4,82.Η επίδραση των κρυσταλλικών ελαττωμάτων σχετίζεται στενά με την περιεκτικότητα σε κενές θέσεις οξυγόνου [83, 84].Η λειτουργία του αισθητήρα μπορεί επίσης να επηρεαστεί από διαφορετική αντιδραστικότητα ανοιχτών κρυστάλλινων επιφανειών67,85,86,87.Τα ανοιχτά κρυστάλλινα επίπεδα με χαμηλότερη πυκνότητα αποκαλύπτουν περισσότερα ασυντόνιστα κατιόντα μετάλλων με υψηλότερες ενέργειες, τα οποία προάγουν την επιφανειακή προσρόφηση και την αντιδραστικότητα88.Ο Πίνακας 1 παραθέτει αρκετούς βασικούς παράγοντες και τους σχετικούς βελτιωμένους αντιληπτικούς μηχανισμούς.Επομένως, με την προσαρμογή αυτών των παραμέτρων υλικού, η απόδοση ανίχνευσης μπορεί να βελτιωθεί και είναι κρίσιμο να προσδιοριστούν οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση του αισθητήρα.
Οι Yamazoe89 και Shimanoe et al.68,71 πραγματοποίησαν έναν αριθμό μελετών σχετικά με τον θεωρητικό μηχανισμό της αντίληψης του αισθητήρα και πρότειναν τρεις ανεξάρτητους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση του αισθητήρα, συγκεκριμένα τη λειτουργία του υποδοχέα, τη λειτουργία του μορφοτροπέα και τη χρησιμότητα (Εικ. 1β)..Η λειτουργία του υποδοχέα αναφέρεται στην ικανότητα της επιφάνειας MOS να αλληλεπιδρά με μόρια αερίου.Αυτή η λειτουργία σχετίζεται στενά με τις χημικές ιδιότητες του MOS και μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με την εισαγωγή ξένων δεκτών (για παράδειγμα, μεταλλικά NP και άλλα MOS).Η λειτουργία μορφοτροπέα αναφέρεται στην ικανότητα μετατροπής της αντίδρασης μεταξύ του αερίου και της επιφάνειας MOS σε ηλεκτρικό σήμα που κυριαρχείται από τα όρια κόκκων του MOS.Έτσι, η αισθητηριακή λειτουργία επηρεάζεται σημαντικά από το μέγεθος των σωματιδίων MOC και την πυκνότητα των ξένων υποδοχέων.Οι Katoch et al.90 ανέφεραν ότι η μείωση του μεγέθους των κόκκων των νανοϊνιδίων ZnO-SnO2 οδήγησε στο σχηματισμό πολυάριθμων ετεροενώσεων και αυξημένη ευαισθησία αισθητήρα, σύμφωνα με τη λειτουργικότητα του μορφοτροπέα.Οι Wang et al.91 συνέκριναν διάφορα μεγέθη κόκκων του Zn2GeO4 και κατέδειξαν 6,5 φορές αύξηση στην ευαισθησία του αισθητήρα μετά την εισαγωγή των ορίων κόκκων.Η χρησιμότητα είναι ένας άλλος βασικός παράγοντας απόδοσης αισθητήρα που περιγράφει τη διαθεσιμότητα αερίου στην εσωτερική δομή MOS.Εάν τα μόρια αερίου δεν μπορούν να διεισδύσουν και να αντιδράσουν με το εσωτερικό MOS, η ευαισθησία του αισθητήρα θα μειωθεί.Η χρησιμότητα σχετίζεται στενά με το βάθος διάχυσης ενός συγκεκριμένου αερίου, το οποίο εξαρτάται από το μέγεθος των πόρων του αισθητήριου υλικού.Οι Sakai et al.92 μοντελοποίησε την ευαισθησία του αισθητήρα στα καυσαέρια και διαπίστωσε ότι τόσο το μοριακό βάρος του αερίου όσο και η ακτίνα πόρων της μεμβράνης του αισθητήρα επηρεάζουν την ευαισθησία του αισθητήρα σε διαφορετικά βάθη διάχυσης αερίων στη μεμβράνη του αισθητήρα.Η παραπάνω συζήτηση δείχνει ότι αισθητήρες αερίων υψηλής απόδοσης μπορούν να αναπτυχθούν εξισορροπώντας και βελτιστοποιώντας τη λειτουργία του υποδοχέα, τη λειτουργία του μορφοτροπέα και τη χρησιμότητα.
Η παραπάνω εργασία διευκρινίζει τον βασικό μηχανισμό αντίληψης ενός μεμονωμένου MOS και συζητά αρκετούς παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση ενός MOS.Εκτός από αυτούς τους παράγοντες, οι αισθητήρες αερίων που βασίζονται σε ετεροδομές μπορούν να βελτιώσουν περαιτέρω την απόδοση του αισθητήρα βελτιώνοντας σημαντικά τις λειτουργίες του αισθητήρα και του υποδοχέα.Επιπλέον, οι ετεροανοδομές μπορούν να βελτιώσουν περαιτέρω την απόδοση του αισθητήρα ενισχύοντας τις καταλυτικές αντιδράσεις, ρυθμίζοντας τη μεταφορά φορτίου και δημιουργώντας περισσότερες θέσεις προσρόφησης.Μέχρι σήμερα, πολλοί αισθητήρες αερίων που βασίζονται σε ετεροανοδομές MOS έχουν μελετηθεί για να συζητηθούν μηχανισμοί για ενισχυμένη αίσθηση95,96,97.Οι Miller et al.55 συνόψισε αρκετούς μηχανισμούς που είναι πιθανό να βελτιώσουν την ευαισθησία των ετεροανοδομών, συμπεριλαμβανομένων των εξαρτώμενων από την επιφάνεια, της διεπαφής και της δομής.Μεταξύ αυτών, ο εξαρτώμενος από τη διεπαφή μηχανισμός ενίσχυσης είναι πολύ περίπλοκος για να καλύψει όλες τις αλληλεπιδράσεις διεπαφής σε μία θεωρία, καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι αισθητήρες που βασίζονται σε ετερονοδομημένα υλικά (για παράδειγμα, nn-ετερόζυγος, pn-ετερόζυγος, pp-ετερόζυξη κ.λπ.) .κόμπος Schottky).Συνήθως, οι ετερονοδομημένοι αισθητήρες που βασίζονται σε MOS περιλαμβάνουν πάντα δύο ή περισσότερους προηγμένους μηχανισμούς αισθητήρων98,99,100.Η συνεργιστική επίδραση αυτών των μηχανισμών ενίσχυσης μπορεί να βελτιώσει τη λήψη και την επεξεργασία των σημάτων αισθητήρων.Έτσι, η κατανόηση του μηχανισμού αντίληψης των αισθητήρων που βασίζεται σε ετερογενή νανοδομημένα υλικά είναι ζωτικής σημασίας προκειμένου να βοηθηθούν οι ερευνητές να αναπτύξουν αισθητήρες αερίων από κάτω προς τα πάνω σύμφωνα με τις ανάγκες τους.Επιπλέον, η γεωμετρική δομή της συσκευής μπορεί επίσης να επηρεάσει σημαντικά την ευαισθησία του αισθητήρα 74, 75, 76. Προκειμένου να αναλυθεί συστηματικά η συμπεριφορά του αισθητήρα, θα παρουσιαστούν οι αισθητικοί μηχανισμοί τριών δομών συσκευής που βασίζονται σε διαφορετικά ετερονοδομημένα υλικά και συζητείται παρακάτω.
Με την ταχεία ανάπτυξη αισθητήρων αερίου με βάση το MOS, έχουν προταθεί διάφορα ετερο-νανοδομημένα MOS.Η μεταφορά φορτίου στην ετεροδιεπαφή εξαρτάται από τα διαφορετικά επίπεδα Fermi (Ef) των εξαρτημάτων.Στην ετεροδιεπαφή, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη μία πλευρά με μεγαλύτερο Ef στην άλλη πλευρά με μικρότερο Ef μέχρι τα επίπεδα Fermi τους να φτάσουν σε ισορροπία και οι οπές, αντίστροφα.Στη συνέχεια, οι φορείς στην ετεροδιεπαφή εξαντλούνται και σχηματίζουν ένα εξαντλημένο στρώμα.Μόλις ο αισθητήρας εκτεθεί στο αέριο στόχο, η ετερονοδομημένη συγκέντρωση του φορέα MOS αλλάζει, όπως και το ύψος του φραγμού, ενισχύοντας έτσι το σήμα ανίχνευσης.Επιπλέον, διαφορετικές μέθοδοι κατασκευής ετερονοδομών οδηγούν σε διαφορετικές σχέσεις μεταξύ υλικών και ηλεκτροδίων, γεγονός που οδηγεί σε διαφορετικές γεωμετρίες συσκευών και διαφορετικούς μηχανισμούς ανίχνευσης.Σε αυτήν την ανασκόπηση, προτείνουμε τρεις δομές γεωμετρικών συσκευών και συζητάμε τον μηχανισμό ανίχνευσης για κάθε δομή.
Αν και οι ετεροσυνδέσεις παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην απόδοση ανίχνευσης αερίου, η γεωμετρία της συσκευής ολόκληρου του αισθητήρα μπορεί επίσης να επηρεάσει σημαντικά τη συμπεριφορά ανίχνευσης, καθώς η θέση του καναλιού αγωγής του αισθητήρα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη γεωμετρία της συσκευής.Εδώ συζητούνται τρεις τυπικές γεωμετρίες συσκευών ετεροσυνδέσμου MOS, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Στον πρώτο τύπο, δύο συνδέσεις MOS κατανέμονται τυχαία μεταξύ δύο ηλεκτροδίων και η θέση του αγώγιμου καναλιού καθορίζεται από το κύριο MOS, το δεύτερο είναι το σχηματισμός ετερογενών νανοδομών από διαφορετικά MOS, ενώ μόνο ένα MOS συνδέεται με το ηλεκτρόδιο.Το ηλεκτρόδιο συνδέεται, τότε το αγώγιμο κανάλι βρίσκεται συνήθως μέσα στο MOS και συνδέεται απευθείας με το ηλεκτρόδιο.Στον τρίτο τύπο, δύο υλικά συνδέονται χωριστά σε δύο ηλεκτρόδια, οδηγώντας τη συσκευή μέσω μιας ετεροσύνδεσης που σχηματίζεται μεταξύ των δύο υλικών.
Μια παύλα μεταξύ των ενώσεων (π.χ. «SnO2-NiO») υποδηλώνει ότι τα δύο συστατικά απλώς αναμειγνύονται (τύπου Ι).Ένα σύμβολο "@" μεταξύ δύο συνδέσεων (π.χ. "SnO2@NiO") υποδεικνύει ότι το υλικό του ικριώματος (NiO) είναι διακοσμημένο με SnO2 για μια δομή αισθητήρα τύπου II.Μια κάθετο (π.χ. «NiO/SnO2») υποδηλώνει σχεδιασμό αισθητήρα τύπου III.
Για αισθητήρες αερίων που βασίζονται σε σύνθετα υλικά MOS, δύο στοιχεία MOS κατανέμονται τυχαία μεταξύ των ηλεκτροδίων.Έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμες μέθοδοι κατασκευής για την παρασκευή σύνθετων υλικών MOS, συμπεριλαμβανομένων μεθόδων κολλοειδούς γέλης, συνκαθίζησης, υδροθερμικής, ηλεκτροϊνοποίησης και μηχανικής ανάμειξης98,102,103,104.Πρόσφατα, τα μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs), μια κατηγορία πορωδών κρυσταλλικών δομημένων υλικών που αποτελούνται από μεταλλικά κέντρα και οργανικούς συνδετήρες, έχουν χρησιμοποιηθεί ως πρότυπα για την κατασκευή πορωδών σύνθετων MOS105,106,107,108.Αξίζει να σημειωθεί ότι αν και το ποσοστό των σύνθετων υλικών MOS είναι το ίδιο, τα χαρακτηριστικά ευαισθησίας μπορεί να διαφέρουν πολύ όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικές διαδικασίες παραγωγής.109.110 Για παράδειγμα, οι Gao et al.109 κατασκεύασαν δύο αισθητήρες βασισμένους σε σύνθετα υλικά MoO3±SnO2 με την ίδια ατομική αναλογία ( Mo:Sn = 1:1,9) και διαπίστωσε ότι διαφορετικές μέθοδοι κατασκευής οδηγούν σε διαφορετικές ευαισθησίες.Shaposhnik et al.110 ανέφερε ότι η αντίδραση του συγκαταβυθισμένου SnO2-TiO2 στο αέριο Η2 διέφερε από εκείνη των μηχανικά αναμεμειγμένων υλικών, ακόμη και στην ίδια αναλογία Sn/Ti.Αυτή η διαφορά προκύπτει επειδή η σχέση μεταξύ MOP και μεγέθους κρυσταλλίτη MOP ποικίλλει ανάλογα με τις διαφορετικές μεθόδους σύνθεσης109,110.Όταν το μέγεθος και το σχήμα των κόκκων είναι συνεπή όσον αφορά την πυκνότητα του δότη και τον τύπο ημιαγωγού, η απόκριση θα πρέπει να παραμείνει η ίδια εάν η γεωμετρία επαφής δεν αλλάξει 110 .Staerz et al.111 ανέφερε ότι τα χαρακτηριστικά ανίχνευσης των νανοϊνών πυρήνα-θηκών SnO2-Cr2O3 (CSN) και των αλεσμένων CSN SnO2-Cr2O3 ήταν σχεδόν πανομοιότυπα, υποδηλώνοντας ότι η μορφολογία των νανοϊνών δεν προσφέρει κανένα πλεονέκτημα.
Εκτός από τις διαφορετικές μεθόδους κατασκευής, οι τύποι ημιαγωγών των δύο διαφορετικών MOSFET επηρεάζουν επίσης την ευαισθησία του αισθητήρα.Μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το αν τα δύο MOSFET είναι του ίδιου τύπου ημιαγωγών (nn ή pp junction) ή διαφορετικών τύπων (pn junction).Όταν οι αισθητήρες αερίων βασίζονται σε σύνθετα υλικά MOS του ίδιου τύπου, αλλάζοντας τη μοριακή αναλογία των δύο MOS, το χαρακτηριστικό απόκρισης ευαισθησίας παραμένει αμετάβλητο και η ευαισθησία του αισθητήρα ποικίλλει ανάλογα με τον αριθμό των nn- ή pp-ετεροενώσεων.Όταν ένα συστατικό κυριαρχεί στο σύνθετο (π.χ. 0,9 ZnO-0,1 SnO2 ή 0,1 ZnO-0,9 SnO2), το κανάλι αγωγιμότητας καθορίζεται από το κυρίαρχο MOS, που ονομάζεται κανάλι αγωγιμότητας ομοσύνδεσης 92 .Όταν οι αναλογίες των δύο συστατικών είναι συγκρίσιμες, υποτίθεται ότι το κανάλι αγωγιμότητας κυριαρχείται από την ετεροσύνδεση98,102.Οι Yamazoe et al.112.113 ανέφεραν ότι η περιοχή ετεροεπαφής των δύο συστατικών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ευαισθησία του αισθητήρα επειδή το φράγμα ετεροσύνδεσης που σχηματίζεται λόγω των διαφορετικών λειτουργικών λειτουργιών των εξαρτημάτων μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά την κινητικότητα μετατόπισης του αισθητήρα που εκτίθεται στα ηλεκτρόνια.Διάφορα αέρια περιβάλλοντος 112.113.Στο σχ.Το Σχήμα 3α δείχνει ότι οι αισθητήρες που βασίζονται σε ινώδεις ιεραρχικές δομές SnO2-ZnO με διαφορετική περιεκτικότητα σε ZnO (από 0 έως 10 mol % Zn) μπορούν να ανιχνεύσουν επιλεκτικά την αιθανόλη.Μεταξύ αυτών, ένας αισθητήρας βασισμένος σε ίνες SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) έδειξε την υψηλότερη ευαισθησία λόγω του σχηματισμού μεγάλου αριθμού ετεροσυνδέσεων και αύξησης της ειδικής επιφάνειας, που αύξησε τη λειτουργία του μετατροπέα και βελτίωσε ευαισθησία 90 Ωστόσο, με περαιτέρω αύξηση της περιεκτικότητας σε ZnO σε 10 mol.%, το σύνθετο υλικό μικροδομής SnO2-ZnO μπορεί να τυλίξει τις περιοχές ενεργοποίησης της επιφάνειας και να μειώσει την ευαισθησία του αισθητήρα85.Παρόμοια τάση παρατηρείται επίσης για αισθητήρες που βασίζονται σε σύνθετα ετεροσύνδεσης NiO-NiFe2O4 pp με διαφορετικούς λόγους Fe/Ni (Εικ. 3β)114.
Εικόνες SEM ινών SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) και απόκριση αισθητήρα σε διάφορα αέρια με συγκέντρωση 100 ppm στους 260 °C.54β Αποκρίσεις αισθητήρων που βασίζονται σε καθαρά σύνθετα NiO και NiO-NiFe2O4 στα 50 ppm διαφόρων αερίων, 260 °C.114 ( γ) Σχηματικό διάγραμμα του αριθμού των κόμβων στη σύνθεση xSnO2-(1-x)Co3O4 και τις αντίστοιχες αντιδράσεις αντίστασης και ευαισθησίας της σύνθεσης xSnO2-(1-x)Co3O4 ανά 10 ppm CO, ακετόνη, C6H6 και SO2 αέριο στους 350 °C αλλάζοντας τη μοριακή αναλογία Sn/Co 98
Τα σύνθετα pn-MOS παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά ευαισθησίας ανάλογα με την ατομική αναλογία του MOS115.Γενικά, η αισθητηριακή συμπεριφορά των σύνθετων υλικών MOS εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το ποιο MOS λειτουργεί ως το κύριο κανάλι αγωγιμότητας για τον αισθητήρα.Ως εκ τούτου, είναι πολύ σημαντικό να χαρακτηριστεί η ποσοστιαία σύνθεση και η νανοδομή των σύνθετων υλικών.Οι Kim et al.98 επιβεβαίωσαν αυτό το συμπέρασμα συνθέτοντας μια σειρά από σύνθετες νανοΐνες xSnO2 ± (1-x)Co3O4 με ηλεκτροϊνοποίηση και μελετώντας τις ιδιότητες των αισθητήρων τους.Παρατήρησαν ότι η συμπεριφορά του σύνθετου αισθητήρα SnO2-Co3O4 άλλαξε από n-τύπου σε p-τύπου μειώνοντας το ποσοστό του SnO2 (Εικ. 3γ)98.Επιπλέον, οι αισθητήρες που κυριαρχούν στην ετεροσύνδεση (με βάση το 0,5 SnO2-0,5 Co3O4) έδειξαν τους υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης για το C6H6 σε σύγκριση με τους κυρίαρχους αισθητήρες ομοσύνδεσης (π.χ. αισθητήρες υψηλού SnO2 ή Co3O4).Η εγγενής υψηλή αντίσταση του αισθητήρα με βάση το 0,5 SnO2-0,5 Co3O4 και η μεγαλύτερη ικανότητά του να διαμορφώνει τη συνολική αντίσταση του αισθητήρα συμβάλλουν στην υψηλότερη ευαισθησία του στο C6H6.Επιπλέον, τα ελαττώματα αναντιστοιχίας πλέγματος που προέρχονται από ετεροδιεπαφές SnO2-Co3O4 μπορούν να δημιουργήσουν προτιμησιακές θέσεις προσρόφησης για μόρια αερίου, ενισχύοντας έτσι την απόκριση του αισθητήρα109,116.
Εκτός από το MOS τύπου ημιαγωγού, η συμπεριφορά αφής των σύνθετων υλικών MOS μπορεί επίσης να προσαρμοστεί χρησιμοποιώντας τη χημεία του MOS-117.Οι Huo et al.117 χρησιμοποίησαν μια απλή μέθοδο εμποτισμού-ψησίματος για να παρασκευάσουν σύνθετα υλικά Co3O4-SnO2 και διαπίστωσαν ότι σε μοριακή αναλογία Co/Sn 10%, ο αισθητήρας έδειξε μια απόκριση ανίχνευσης τύπου p στο H2 και μια ευαισθησία τύπου n σε Η2.απάντηση.Οι αποκρίσεις του αισθητήρα στα αέρια CO, H2S και NH3 φαίνονται στο Σχήμα 4a117.Σε χαμηλές αναλογίες Co/Sn, σχηματίζονται πολλές ομοσυνδέσεις στα όρια νανοκοκκίων SnO2±SnO2 και παρουσιάζουν αποκρίσεις αισθητήρα τύπου n στο H2 (Εικ. 4b,c)115.Με αύξηση της αναλογίας Co/Sn έως 10 mol.%, αντί για ομοσυνδέσεις SnO2-SnO2, σχηματίστηκαν ταυτόχρονα πολλές ετεροσυνδέσεις Co3O4-SnO2 (Εικ. 4δ).Δεδομένου ότι το Co3O4 είναι ανενεργό σε σχέση με το Η2 και το SnO2 αντιδρά έντονα με το Η2, η αντίδραση του Η2 με τα είδη ιοντικού οξυγόνου εμφανίζεται κυρίως στην επιφάνεια του SnO2117.Επομένως, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται προς το SnO2 και το Ef SnO2 μετατοπίζεται στη ζώνη αγωγιμότητας, ενώ το Ef Co3O4 παραμένει αμετάβλητο.Ως αποτέλεσμα, η αντίσταση του αισθητήρα αυξάνεται, υποδεικνύοντας ότι τα υλικά με υψηλή αναλογία Co/Sn παρουσιάζουν αισθητήρια συμπεριφορά τύπου p (Εικ. 4e).Αντίθετα, τα αέρια CO, H2S και NH3 αντιδρούν με ιοντικά είδη οξυγόνου στις επιφάνειες SnO2 και Co3O4 και τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το αέριο στον αισθητήρα, με αποτέλεσμα τη μείωση του ύψους του φραγμού και της ευαισθησίας τύπου n (Εικ. 4στ)..Αυτή η διαφορετική συμπεριφορά του αισθητήρα οφείλεται στη διαφορετική αντιδραστικότητα του Co3O4 με διαφορετικά αέρια, η οποία επιβεβαιώθηκε περαιτέρω από τους Yin et al.118 .Ομοίως, οι Katoch et al.119 έδειξε ότι τα σύνθετα υλικά SnO2-ZnO έχουν καλή εκλεκτικότητα και υψηλή ευαισθησία στο Η2.Αυτή η συμπεριφορά προκύπτει επειδή τα άτομα Η μπορούν εύκολα να προσροφηθούν στις θέσεις Ο του ZnO λόγω του ισχυρού υβριδισμού μεταξύ του τροχιακού s του Η και του τροχιακού p του Ο, που οδηγεί σε επιμετάλλωση του ZnO120,121.
α Co/Sn-10% καμπύλες δυναμικής αντίστασης για τυπικά αναγωγικά αέρια όπως H2, CO, NH3 και H2S, b, c Co3O4/SnO2 σύνθετος αισθητήριος διάγραμμα για H2 σε χαμηλό % m.Co/Sn, df Co3O4 Ανίχνευση μηχανισμού H2 και CO, H2S και NH3 με σύνθετο υψηλό Co/Sn/SnO2
Επομένως, μπορούμε να βελτιώσουμε την ευαισθησία του αισθητήρα τύπου I επιλέγοντας κατάλληλες μεθόδους κατασκευής, μειώνοντας το μέγεθος κόκκων των σύνθετων υλικών και βελτιστοποιώντας τη μοριακή αναλογία των σύνθετων υλικών MOS.Επιπλέον, η βαθιά κατανόηση της χημείας του ευαίσθητου υλικού μπορεί να ενισχύσει περαιτέρω την επιλεκτικότητα του αισθητήρα.
Οι δομές αισθητήρων τύπου II είναι μια άλλη δημοφιλής δομή αισθητήρων που μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ποικιλία ετερογενών νανοδομημένων υλικών, συμπεριλαμβανομένου ενός «κύριου» νανοϋλικού και ενός δεύτερου ή και τρίτου νανοϋλικού.Για παράδειγμα, μονοδιάστατα ή δισδιάστατα υλικά διακοσμημένα με νανοσωματίδια, πυρήνα-κέλυφος (CS) και πολυστρωματικά ετερονοδομημένα υλικά χρησιμοποιούνται συνήθως σε δομές αισθητήρων τύπου II και θα συζητηθούν λεπτομερώς παρακάτω.
Για το πρώτο υλικό ετερονοδομής (διακοσμημένη ετερονοδομή), όπως φαίνεται στο Σχ. 2β(1), τα αγώγιμα κανάλια του αισθητήρα συνδέονται με ένα υλικό βάσης.Λόγω του σχηματισμού ετεροσυνδέσεων, τα τροποποιημένα νανοσωματίδια μπορούν να παρέχουν πιο αντιδραστικές θέσεις για προσρόφηση ή εκρόφηση αερίου και μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως καταλύτες για τη βελτίωση της απόδοσης αίσθησης109,122,123,124.Οι Yuan et al.41 σημείωσαν ότι η διακόσμηση των νανοσυρμάτων WO3 με νανοκουκκίδες CeO2 μπορεί να παρέχει περισσότερες θέσεις προσρόφησης στην ετεροδιεπαφή CeO2@WO3 και στην επιφάνεια CeO2 και να δημιουργήσει περισσότερα είδη οξυγόνου που έχουν απορροφηθεί χημικά για αντίδραση με ακετόνη.Οι Gunawan et al.125. Έχει προταθεί ένας αισθητήρας ακετόνης εξαιρετικά υψηλής ευαισθησίας βασισμένος σε μονοδιάστατο Au@α-Fe2O3 και έχει παρατηρηθεί ότι η ευαισθησία του αισθητήρα ελέγχεται από την ενεργοποίηση μορίων Ο2 ως πηγή οξυγόνου.Η παρουσία των NPs Au μπορεί να λειτουργήσει ως καταλύτης προάγοντας τη διάσταση των μορίων οξυγόνου σε οξυγόνο πλέγματος για την οξείδωση της ακετόνης.Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν από τους Choi et al.9 όπου χρησιμοποιήθηκε καταλύτης Pt για τη διάσπαση των προσροφημένων μορίων οξυγόνου σε ιονισμένα είδη οξυγόνου και την ενίσχυση της ευαίσθητης απόκρισης στην ακετόνη.Το 2017, η ίδια ερευνητική ομάδα έδειξε ότι τα διμεταλλικά νανοσωματίδια είναι πολύ πιο αποτελεσματικά στην κατάλυση από τα μεμονωμένα νανοσωματίδια ευγενούς μετάλλου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5126. Το 5a είναι ένα σχηματικό σχέδιο της διαδικασίας κατασκευής διμεταλλικών (PtM) NPs με βάση την πλατίνα που χρησιμοποιούν κύτταρα αποφερριτίνης μέσο μέγεθος μικρότερο από 3 nm.Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτροϊνοποίησης, ελήφθησαν νανοΐνες PtM@WO3 για να αυξηθεί η ευαισθησία και η επιλεκτικότητα στην ακετόνη ή το H2S (Εικ. 5b–g).Πρόσφατα, οι καταλύτες ενός ατόμου (SACs) έχουν δείξει εξαιρετική καταλυτική απόδοση στον τομέα της κατάλυσης και της ανάλυσης αερίων λόγω της μέγιστης απόδοσης της χρήσης ατόμων και συντονισμένων ηλεκτρονικών δομών127,128.Shin et al.129 χρησιμοποίησαν Pt-SA αγκυροβολημένο νιτρίδιο άνθρακα (MCN), SnCl2 και PVP νανοφύλλα ως χημικές πηγές για την προετοιμασία των ενσωματωμένων ινών Pt@MCN@SnO2 για ανίχνευση αερίου.Παρά την πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε Pt@MCN (από 0,13 wt.% έως 0,68 wt.%), η απόδοση ανίχνευσης της αέριας φορμαλδεΰδης Pt@MCN@SnO2 είναι ανώτερη από άλλα δείγματα αναφοράς (καθαρό SnO2, MCN@SnO2 και Pt NPs@ SnO2)..Αυτή η εξαιρετική απόδοση ανίχνευσης μπορεί να αποδοθεί στη μέγιστη ατομική απόδοση του καταλύτη Pt SA και στην ελάχιστη κάλυψη των ενεργών θέσεων SnO2129.
Μέθοδος ενθυλάκωσης με αποφερριτίνη για τη λήψη νανοσωματιδίων PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi).Δυναμικές ευαίσθητες στο αέριο ιδιότητες των bd παρθένων νανοϊνών WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 και Pt-NiO@WO3.βασίζεται, για παράδειγμα, στις ιδιότητες επιλεκτικότητας των αισθητήρων νανοϊνών PtPd@WO3, PtRn@WO3 και Pt-NiO@WO3 σε 1 ppm παρεμβαλλόμενου αερίου 126
Επιπλέον, οι ετεροσυνδέσεις που σχηματίζονται μεταξύ υλικών ικριώματος και νανοσωματιδίων μπορούν επίσης να διαμορφώσουν αποτελεσματικά τα κανάλια αγωγιμότητας μέσω ενός μηχανισμού ακτινικής διαμόρφωσης για τη βελτίωση της απόδοσης του αισθητήρα130,131,132.Στο σχ.Το σχήμα 6α δείχνει τα χαρακτηριστικά αισθητήρα των καθαρών νανοσυρμάτων SnO2 και Cr2O3@SnO2 για αναγωγικά και οξειδωτικά αέρια και τους αντίστοιχους μηχανισμούς αισθητήρων131.Σε σύγκριση με τα καθαρά νανοσύρματα SnO2, η απόκριση των νανοσυρμάτων Cr2O3@SnO2 στα αναγωγικά αέρια ενισχύεται σημαντικά, ενώ η απόκριση στα οξειδωτικά αέρια επιδεινώνεται.Αυτά τα φαινόμενα σχετίζονται στενά με την τοπική επιβράδυνση των καναλιών αγωγιμότητας των νανοσυρμάτων SnO2 στην ακτινική κατεύθυνση της σχηματιζόμενης ετεροσύνδεσης pn.Η αντίσταση του αισθητήρα μπορεί απλά να ρυθμιστεί αλλάζοντας το πλάτος EDL στην επιφάνεια των καθαρών νανοσυρμάτων SnO2 μετά από έκθεση σε αναγωγικά και οξειδωτικά αέρια.Ωστόσο, για τα νανοσύρματα Cr2O3@SnO2, το αρχικό DEL των νανοσυρμάτων SnO2 στον αέρα είναι αυξημένο σε σύγκριση με τα καθαρά νανοσύρματα SnO2 και το κανάλι αγωγιμότητας καταστέλλεται λόγω του σχηματισμού ετεροσύνδεσης.Επομένως, όταν ο αισθητήρας εκτίθεται σε ένα αναγωγικό αέριο, τα παγιδευμένα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται στα νανοσύρματα SnO2 και το EDL μειώνεται δραστικά, με αποτέλεσμα υψηλότερη ευαισθησία από τα καθαρά νανοσύρματα SnO2.Αντίθετα, κατά τη μετάβαση σε οξειδωτικό αέριο, η διαστολή DEL είναι περιορισμένη, με αποτέλεσμα χαμηλή ευαισθησία.Παρόμοια αποτελέσματα αισθητηριακής απόκρισης παρατηρήθηκαν από τους Choi et al., 133 στα οποία τα νανοσύρματα SnO2 διακοσμημένα με νανοσωματίδια WO3 τύπου p έδειξαν σημαντικά βελτιωμένη αισθητηριακή απόκριση στα αναγωγικά αέρια, ενώ οι n-decorated αισθητήρες SnO2 είχαν βελτιωμένη ευαισθησία στα οξειδωτικά αέρια.Νανοσωματίδια TiO2 (Εικ. 6β) 133. Αυτό το αποτέλεσμα οφείλεται κυρίως στις διαφορετικές λειτουργίες εργασίας των νανοσωματιδίων SnO2 και MOS (TiO2 ή WO3).Στα νανοσωματίδια τύπου p (n-type), το κανάλι αγωγιμότητας του υλικού πλαισίου (SnO2) διαστέλλεται (ή συστέλλεται) στην ακτινική κατεύθυνση και στη συνέχεια, υπό τη δράση της αναγωγής (ή της οξείδωσης), περαιτέρω διαστολή (ή βράχυνση) του καναλιού αγωγής του SnO2 – νεύρωση ) του αερίου (Εικ. 6β).
Μηχανισμός ακτινικής διαμόρφωσης που προκαλείται από τροποποιημένο LF MOS.Σύνοψη των αποκρίσεων αερίου σε αναγωγικά και οξειδωτικά αέρια 10 ppm με βάση καθαρά νανοσύρματα SnO2 και Cr2O3@SnO2 και αντίστοιχα σχηματικά διαγράμματα μηχανισμών ανίχνευσης.και αντίστοιχα σχήματα νανοράβδων WO3@SnO2 και μηχανισμός ανίχνευσης133
Σε συσκευές διπλής και πολυστρωματικής ετεροδομής, το κανάλι αγωγιμότητας της συσκευής κυριαρχείται από το στρώμα (συνήθως το κάτω στρώμα) σε άμεση επαφή με τα ηλεκτρόδια και η ετεροσύνδεση που σχηματίζεται στη διεπιφάνεια των δύο στρωμάτων μπορεί να ελέγξει την αγωγιμότητα του κάτω στρώματος .Επομένως, όταν τα αέρια αλληλεπιδρούν με το ανώτερο στρώμα, μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τα κανάλια αγωγιμότητας του κάτω στρώματος και την αντίσταση 134 της συσκευής.Για παράδειγμα, οι Kumar et al.77 ανέφεραν την αντίθετη συμπεριφορά των διπλών στρωμάτων TiO2@NiO και NiO@TiO2 για το NH3.Αυτή η διαφορά προκύπτει επειδή τα κανάλια αγωγιμότητας των δύο αισθητήρων κυριαρχούν σε στρώματα διαφορετικών υλικών (NiO και TiO2, αντίστοιχα), και στη συνέχεια οι διακυμάνσεις στα υποκείμενα κανάλια αγωγιμότητας είναι διαφορετικές77.
Οι ετερονοδομές διπλής ή πολλαπλών στρωμάτων παράγονται συνήθως με ψεκασμό, εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) και φυγοκέντρηση56,70,134,135,136.Το πάχος του φιλμ και η περιοχή επαφής των δύο υλικών μπορούν να ελεγχθούν καλά.Τα σχήματα 7a και b δείχνουν νανοφίλμ NiO@SnO2 και Ga2O3@WO3 που λαμβάνονται με ψεκασμό για ανίχνευση αιθανόλης135,137.Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι παράγουν γενικά επίπεδες μεμβράνες και αυτές οι επίπεδες μεμβράνες είναι λιγότερο ευαίσθητες από τα τρισδιάστατα νανοδομημένα υλικά λόγω της χαμηλής ειδικής επιφάνειας και της διαπερατότητας αερίων.Επομένως, μια στρατηγική υγρής φάσης για την κατασκευή φιλμ διπλής στιβάδας με διαφορετικές ιεραρχίες έχει επίσης προταθεί για τη βελτίωση της αντιληπτικής απόδοσης αυξάνοντας την ειδική επιφάνεια41,52,138.Οι Zhu et al139 συνδύασαν τεχνικές καθοδήγησης και υδροθερμικής για να παράγουν υψηλής παραγγελίας νανοσύρματα ZnO πάνω από νανοσύρματα SnO2 (νανοσύρματα ZnO@SnO2) για ανίχνευση H2S (Εικ. 7γ).Η απόκρισή του σε 1 ppm H2S είναι 1,6 φορές υψηλότερη από αυτή ενός αισθητήρα που βασίζεται σε διασκορπισμένα νανοφίλμ ZnO@SnO2.Οι Liu et al.52 ανέφερε έναν αισθητήρα H2S υψηλής απόδοσης χρησιμοποιώντας μια μέθοδο χημικής εναπόθεσης δύο σταδίων in situ για την κατασκευή ιεραρχικών νανοδομών SnO2@NiO ακολουθούμενη από θερμική ανόπτηση (Εικ. 10δ).Σε σύγκριση με τα συμβατικά φιλμ διπλής στιβάδας SnO2@NiO με διασκορπισμό, η απόδοση ευαισθησίας της ιεραρχικής δομής διπλής στιβάδας SnO2@NiO βελτιώνεται σημαντικά λόγω της αύξησης της ειδικής επιφάνειας52,137.
Αισθητήρας αερίου διπλής στρώσης με βάση το MOS.Νανοφίλμ NiO@SnO2 για ανίχνευση αιθανόλης.137b νανοφίλμ Ga2O3@WO3 για ανίχνευση αιθανόλης.135c ιεραρχική δομή διπλής στοιβάδας SnO2@ZnO υψηλής τάξης για ανίχνευση H2S.139d SnO2@NiO διστρωματική ιεραρχική δομή για την ανίχνευση H2S52.
Σε συσκευές τύπου II που βασίζονται σε ετερονοδομές πυρήνα-κελύφους (CSHN), ο μηχανισμός ανίχνευσης είναι πιο περίπλοκος, καθώς τα κανάλια αγωγής δεν περιορίζονται στο εσωτερικό κέλυφος.Τόσο η διαδρομή κατασκευής όσο και το πάχος (hs) της συσκευασίας μπορούν να καθορίσουν τη θέση των αγώγιμων καναλιών.Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιούνται μέθοδοι σύνθεσης από κάτω προς τα πάνω, τα κανάλια αγωγιμότητας συνήθως περιορίζονται στον εσωτερικό πυρήνα, ο οποίος είναι παρόμοιος σε δομή με δομές συσκευών δύο στρωμάτων ή πολλαπλών στρωμάτων (Εικ. 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 ανέφεραν μια προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω για τη λήψη CSHN NiO@α-Fe2O3 και CuO@α-Fe2O3 με την εναπόθεση ενός στρώματος NiO ή CuO NPs σε νανοράβδους α-Fe2O3 στις οποίες το κανάλι αγωγιμότητας περιοριζόταν από το κεντρικό τμήμα.(νανοράβδοι α-Fe2O3).Οι Liu et al.142 πέτυχε επίσης να περιορίσει το κανάλι αγωγιμότητας στο κύριο μέρος του CSHN TiO2 @ Si με την εναπόθεση TiO2 σε προετοιμασμένες συστοιχίες νανοσυρμάτων πυριτίου.Επομένως, η αισθητήρια συμπεριφορά του (τύπου p ή τύπου n) εξαρτάται μόνο από τον τύπο ημιαγωγού του νανοσύρματος πυριτίου.
Ωστόσο, οι περισσότεροι αναφερόμενοι αισθητήρες που βασίζονται σε CSHN (Εικ. 2b(4)) κατασκευάστηκαν με μεταφορά σκόνης του συντιθέμενου υλικού CS σε τσιπ.Σε αυτή την περίπτωση, η διαδρομή αγωγιμότητας του αισθητήρα επηρεάζεται από το πάχος του περιβλήματος (hs).Η ομάδα του Kim ερεύνησε την επίδραση του hs στην απόδοση ανίχνευσης αερίου και πρότεινε έναν πιθανό μηχανισμό ανίχνευσης100,112,145,146,147,148. Πιστεύεται ότι δύο παράγοντες συμβάλλουν στον αισθητήριο μηχανισμό αυτής της δομής: (1) η ακτινική διαμόρφωση του EDL του κελύφους και (2) το φαινόμενο κηλίδωσης ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 8) 145. Οι ερευνητές ανέφεραν ότι το κανάλι αγωγής των φορέων περιορίζεται κυρίως στο στρώμα του κελύφους όταν hs > λD του στρώματος κελύφους145. Πιστεύεται ότι δύο παράγοντες συμβάλλουν στον αισθητήριο μηχανισμό αυτής της δομής: (1) η ακτινική διαμόρφωση του EDL του κελύφους και (2) το φαινόμενο κηλίδωσης ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 8) 145. Οι ερευνητές ανέφεραν ότι το κανάλι αγωγής των φορέων περιορίζεται κυρίως στο στρώμα του κελύφους όταν hs > λD του στρώματος κελύφους145. 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 облочки145. Πιστεύεται ότι δύο παράγοντες εμπλέκονται στον μηχανισμό αντίληψης αυτής της δομής: (1) ακτινική διαμόρφωση του EDL του κελύφους και (2) η επίδραση της θολότητας του ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 8) 145. Οι ερευνητές σημείωσαν ότι το φέρον κανάλι αγωγιμότητας περιορίζεται κυρίως στο κέλυφος όταν hs > λD κελύφη145.Πιστεύεται ότι δύο παράγοντες συμβάλλουν στον μηχανισμό ανίχνευσης αυτής της δομής: (1) η ακτινική διαμόρφωση του DEL του κελύφους και (2) η επίδραση της κηλίδωσης του ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 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 в κύριοм ограничено оболочкой. Οι ερευνητές σημείωσαν ότι το κανάλι αγωγιμότητας Όταν hs > λD145 του κελύφους, ο αριθμός των φορέων περιορίζεται κυρίως από το κέλυφος.Επομένως, στη διαμόρφωση αντίστασης του αισθητήρα με βάση το CSHN, υπερισχύει η ακτινική διαμόρφωση της επένδυσης DEL (Εικ. 8α).Ωστόσο, σε hs ≤ λD του κελύφους, τα σωματίδια οξυγόνου που προσροφούνται από το κέλυφος και η ετεροσύνδεση που σχηματίζεται στην ετεροσύνδεση CS εξαντλούνται πλήρως από ηλεκτρόνια. Επομένως, το κανάλι αγωγιμότητας δεν βρίσκεται μόνο μέσα στο στρώμα του κελύφους αλλά και εν μέρει στο τμήμα του πυρήνα, ειδικά όταν hs < λD του στρώματος κελύφους. Επομένως, το κανάλι αγωγιμότητας δεν βρίσκεται μόνο μέσα στο στρώμα του κελύφους αλλά και εν μέρει στο τμήμα του πυρήνα, ειδικά όταν hs < λD του στρώματος κελύφους. Μετάφραση σε... Επομένως, το κανάλι αγωγιμότητας βρίσκεται όχι μόνο μέσα στο στρώμα του κελύφους, αλλά και εν μέρει στο τμήμα του πυρήνα, ειδικά σε hs < λD του στρώματος κελύφους.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部,尤其是当壳层瀚是当壳 hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и частично в сердцевине, особенно при hs < λD оболочки. Επομένως, το κανάλι αγωγιμότητας βρίσκεται όχι μόνο μέσα στο κέλυφος, αλλά και εν μέρει στον πυρήνα, ειδικά στο hs < λD του κελύφους.Σε αυτή την περίπτωση, τόσο το πλήρως εξαντλημένο κέλυφος ηλεκτρονίων όσο και το μερικώς εξαντλημένο στρώμα πυρήνα βοηθούν στη διαμόρφωση της αντίστασης ολόκληρου του CSHN, με αποτέλεσμα ένα φαινόμενο ουράς ηλεκτρικού πεδίου (Εικ. 8β).Ορισμένες άλλες μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει την έννοια του κλάσματος όγκου EDL αντί για μια ουρά ηλεκτρικού πεδίου για να αναλύσουν το φαινόμενο hs100,148.Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις δύο συνεισφορές, η συνολική διαμόρφωση της αντίστασης CSHN φτάνει στη μέγιστη τιμή της όταν το hs είναι συγκρίσιμο με το περίβλημα λD, όπως φαίνεται στο Σχ. 8γ.Επομένως, το βέλτιστο hs για το CSHN μπορεί να είναι κοντά στο κέλυφος λD, το οποίο είναι σύμφωνο με τις πειραματικές παρατηρήσεις99,144,145,146,149.Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι το hs μπορεί επίσης να επηρεάσει την ευαισθησία των αισθητήρων pn-ετεροσύνδεσης που βασίζονται σε CSHN40,148.Οι Li et al.148 και Bai et al.40 ερεύνησε συστηματικά την επίδραση του hs στην απόδοση των αισθητήρων CSHN ετεροσύνδεσης pn, όπως TiO2@CuO και ZnO@NiO, αλλάζοντας τον κύκλο επένδυσης ALD.Ως αποτέλεσμα, η αισθητηριακή συμπεριφορά άλλαξε από p-type σε n-type αυξάνοντας το hs40,148.Αυτή η συμπεριφορά οφείλεται στο γεγονός ότι αρχικά (με περιορισμένο αριθμό κύκλων ALD) οι ετεροδομές μπορούν να θεωρηθούν ως τροποποιημένες ετερονοδομές.Έτσι, το κανάλι αγωγιμότητας περιορίζεται από το στρώμα πυρήνα (MOSFET τύπου p) και ο αισθητήρας παρουσιάζει συμπεριφορά ανίχνευσης τύπου p.Καθώς ο αριθμός των κύκλων ALD αυξάνεται, το στρώμα επένδυσης (MOSFET τύπου n) γίνεται σχεδόν συνεχές και λειτουργεί ως κανάλι αγωγιμότητας, με αποτέλεσμα την ευαισθησία τύπου n.Παρόμοια συμπεριφορά αισθητηριακής μετάπτωσης έχει αναφερθεί για pn διακλαδισμένες ετερονοδομές 150,151.Οι Zhou et al.150 διερεύνησε την ευαισθησία των διακλαδισμένων ετερονοδομών Zn2SnO4@Mn3O4 ελέγχοντας την περιεκτικότητα σε Zn2SnO4 στην επιφάνεια των νανοσυρμάτων Mn3O4.Όταν σχηματίστηκαν πυρήνες Zn2SnO4 στην επιφάνεια Mn3O4, παρατηρήθηκε ευαισθησία τύπου p.Με μια περαιτέρω αύξηση της περιεκτικότητας σε Zn2SnO4, ο αισθητήρας που βασίζεται σε διακλαδισμένες ετερονοδομές Zn2SnO4@Mn3O4 μεταβαίνει στη συμπεριφορά του αισθητήρα τύπου n.
Παρουσιάζεται μια εννοιολογική περιγραφή του μηχανισμού δύο λειτουργιών αισθητήρων των νανοσυρμάτων CS.α Διαμόρφωση αντίστασης λόγω ακτινικής διαμόρφωσης κελύφους που έχουν εξαντληθεί από ηλεκτρόνια, β Αρνητική επίδραση της κηλίδωσης στη διαμόρφωση αντίστασης και γ Διαμόρφωση ολικής αντίστασης των νανοσυρμάτων CS λόγω συνδυασμού και των δύο επιδράσεων 40
Συμπερασματικά, οι αισθητήρες τύπου II περιλαμβάνουν πολλές διαφορετικές ιεραρχικές νανοδομές και η απόδοση του αισθητήρα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διάταξη των αγώγιμων καναλιών.Ως εκ τούτου, είναι κρίσιμο να ελέγχεται η θέση του καναλιού αγωγιμότητας του αισθητήρα και να χρησιμοποιείται ένα κατάλληλο ετερονοδομημένο μοντέλο MOS για τη μελέτη του μηχανισμού εκτεταμένης ανίχνευσης των αισθητήρων τύπου II.
Οι δομές αισθητήρων τύπου III δεν είναι πολύ συνηθισμένες και το κανάλι αγωγιμότητας βασίζεται σε μια ετεροσύνδεση που σχηματίζεται μεταξύ δύο ημιαγωγών που συνδέονται με δύο ηλεκτρόδια, αντίστοιχα.Οι μοναδικές δομές συσκευών λαμβάνονται συνήθως μέσω τεχνικών μικρομηχανικής και οι μηχανισμοί ανίχνευσης διαφέρουν πολύ από τις προηγούμενες δύο δομές αισθητήρων.Η καμπύλη IV ενός αισθητήρα Τύπου III παρουσιάζει τυπικά χαρακτηριστικά ανόρθωσης λόγω του σχηματισμού ετεροσύνδεσης48,152,153.Η χαρακτηριστική καμπύλη I–V μιας ιδανικής ετεροσύνδεσης μπορεί να περιγραφεί από τον θερμιονικό μηχανισμό εκπομπής ηλεκτρονίων πάνω από το ύψος του φράγματος ετεροσυνδεσης152,154,155.
όπου Va είναι η τάση πόλωσης, A είναι η περιοχή της συσκευής, k η σταθερά Boltzmann, T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, q είναι το φορτίο φορέα, Jn και Jp είναι οι πυκνότητες ρεύματος διάχυσης οπών και ηλεκτρονίων, αντίστοιχα.Το IS αντιπροσωπεύει το αντίστροφο ρεύμα κορεσμού, που ορίζεται ως: 152,154,155
Ως εκ τούτου, το συνολικό ρεύμα της ετεροσύνδεσης pn εξαρτάται από τη μεταβολή της συγκέντρωσης των φορέων φορτίου και τη μεταβολή στο ύψος του φραγμού της ετεροσύνδεσης, όπως φαίνεται στις εξισώσεις (3) και (4) 156
όπου nn0 και pp0 είναι η συγκέντρωση ηλεκτρονίων (οπών) σε ένα MOS τύπου n (τύπου p), \(V_{bi}^0\) είναι το ενσωματωμένο δυναμικό, Dp (Dn) είναι ο συντελεστής διάχυσης του ηλεκτρόνια (οπές), Ln (Lp ) είναι το μήκος διάχυσης των ηλεκτρονίων (οπές), ΔEv (ΔEc) είναι η ενεργειακή μετατόπιση της ζώνης σθένους (ζώνη αγωγιμότητας) στην ετεροσύνδεση.Αν και η πυκνότητα ρεύματος είναι ανάλογη με την πυκνότητα του φορέα, είναι εκθετικά αντιστρόφως ανάλογη με το \(V_{bi}^0\).Επομένως, η συνολική αλλαγή στην πυκνότητα του ρεύματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διαμόρφωση του ύψους του φράγματος ετεροσύνδεσης.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η δημιουργία ετερο-νανοδομικών MOSFET (για παράδειγμα, συσκευές τύπου Ι και τύπου ΙΙ) μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του αισθητήρα και όχι μεμονωμένων εξαρτημάτων.Και για συσκευές τύπου III, η απόκριση ετερονοδομής μπορεί να είναι υψηλότερη από δύο συστατικά48,153 ή μεγαλύτερη από ένα συστατικό76, ανάλογα με τη χημική σύνθεση του υλικού.Αρκετές αναφορές έχουν δείξει ότι η απόκριση των ετερονοδομών είναι πολύ υψηλότερη από αυτή ενός μεμονωμένου συστατικού όταν ένα από τα συστατικά δεν είναι ευαίσθητο στο αέριο στόχο48,75,76,153.Σε αυτή την περίπτωση, το αέριο στόχος θα αλληλεπιδράσει μόνο με το ευαίσθητο στρώμα και θα προκαλέσει μια μετατόπιση Ef του ευαίσθητου στρώματος και μια αλλαγή στο ύψος του φραγμού ετεροσυναρμολόγησης.Τότε το συνολικό ρεύμα της συσκευής θα αλλάξει σημαντικά, αφού είναι αντιστρόφως συνδεδεμένο με το ύψος του φράγματος ετεροζεύξης σύμφωνα με την εξίσωση.(3) και (4) 48,76,153.Ωστόσο, όταν και τα δύο στοιχεία τύπου n και τύπου p είναι ευαίσθητα στο αέριο στόχο, η απόδοση ανίχνευσης μπορεί να είναι κάπου στο ενδιάμεσο.Ο José et al.76 παρήγαγε έναν πορώδες αισθητήρα φιλμ NO2 NiO/SnO2 με ψεκασμό και διαπίστωσε ότι η ευαισθησία του αισθητήρα ήταν μόνο υψηλότερη από αυτή του αισθητήρα με βάση το NiO, αλλά χαμηλότερη από αυτή του αισθητήρα με βάση το SnO2.αισθητήρας.Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στο γεγονός ότι το SnO2 και το NiO παρουσιάζουν αντίθετες αντιδράσεις με το NO276.Επίσης, επειδή τα δύο συστατικά έχουν διαφορετική ευαισθησία στα αέρια, μπορεί να έχουν την ίδια τάση να ανιχνεύουν οξειδωτικά και αναγωγικά αέρια.Για παράδειγμα, οι Kwon et al.157 πρότεινε έναν αισθητήρα αερίου ετεροσύνδεσης NiO/SnO2 pn με λοξή ψεκασμό, όπως φαίνεται στο Σχ. 9α.Είναι ενδιαφέρον ότι ο αισθητήρας pn-ετεροσύνδεσης NiO/SnO2 έδειξε την ίδια τάση ευαισθησίας για H2 και NO2 (Εικ. 9a).Για την επίλυση αυτού του αποτελέσματος, οι Kwon et al.157 ερεύνησε συστηματικά πώς το ΝΟ2 και το Η2 αλλάζουν τις συγκεντρώσεις του φορέα και συντόνισε το \(V_{bi}^0\) και των δύο υλικών χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικά IV και προσομοιώσεις υπολογιστή (Εικ. 9bd).Τα σχήματα 9b και c δείχνουν την ικανότητα των Η2 και ΝΟ2 να αλλάζουν την πυκνότητα φορέα των αισθητήρων με βάση το p-NiO (pp0) και το n-SnO2 (nn0), αντίστοιχα.Έδειξαν ότι το pp0 του τύπου p NiO άλλαξε ελαφρά στο περιβάλλον NO2, ενώ άλλαξε δραματικά στο περιβάλλον Η2 (Εικ. 9β).Ωστόσο, για το SnO2 τύπου n, το nn0 συμπεριφέρεται με τον αντίθετο τρόπο (Εικ. 9γ).Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι όταν το H2 εφαρμόστηκε στον αισθητήρα με βάση την ετεροσύνδεση NiO/SnO2 pn, μια αύξηση στο nn0 οδήγησε σε αύξηση του Jn και το \(V_{bi}^0\) οδήγησε σε μείωση της απόκρισης (Εικ. 9δ).Μετά την έκθεση στο NO2, τόσο μια μεγάλη μείωση του nn0 στο SnO2 όσο και μια μικρή αύξηση του pp0 στο NiO οδηγούν σε μεγάλη μείωση στο \(V_{bi}^0\), που εξασφαλίζει αύξηση της αισθητηριακής απόκρισης (Εικ. 9d ) 157 Συμπερασματικά, οι αλλαγές στη συγκέντρωση των φορέων και του \(V_{bi}^0\) οδηγούν σε αλλαγές στο συνολικό ρεύμα, το οποίο επηρεάζει περαιτέρω την ικανότητα ανίχνευσης.
Ο μηχανισμός ανίχνευσης του αισθητήρα αερίου βασίζεται στη δομή της συσκευής Τύπου III.Εικόνες διατομής με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM), συσκευή νανοπηνίου p-NiO/n-SnO2 και ιδιότητες αισθητήρα του αισθητήρα ετεροσύνδεσης νανοπηνίου p-NiO/n-SnO2 στους 200°C για H2 και NO2.b , SEM διατομής μιας συσκευής c και αποτελέσματα προσομοίωσης μιας συσκευής με στρώμα b p-NiO και c-στρώμα n-SnO2.Ο αισθητήρας b p-NiO και ο αισθητήρας c n-SnO2 μετρούν και ταιριάζουν με τα χαρακτηριστικά I–V σε ξηρό αέρα και μετά από έκθεση σε H2 και NO2.Ένας δισδιάστατος χάρτης της πυκνότητας b-οπής σε p-NiO και ένας χάρτης των ηλεκτρονίων c στο στρώμα n-SnO2 με χρωματική κλίμακα μοντελοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό Sentaurus TCAD.d Αποτελέσματα προσομοίωσης που δείχνουν έναν τρισδιάστατο χάρτη p-NiO/n-SnO2 σε ξηρό αέρα, H2 και NO2157 στο περιβάλλον.
Εκτός από τις χημικές ιδιότητες του ίδιου του υλικού, η δομή της συσκευής Τύπου III καταδεικνύει τη δυνατότητα δημιουργίας αυτοτροφοδοτούμενων αισθητήρων αερίου, κάτι που δεν είναι δυνατό με τις συσκευές Τύπου Ι και Τύπου ΙΙ.Λόγω του εγγενούς ηλεκτρικού τους πεδίου (BEF), οι δομές διόδων ετεροσύνδεσης pn χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατασκευή φωτοβολταϊκών συσκευών και δείχνουν δυνατότητες κατασκευής αυτοτροφοδοτούμενων φωτοηλεκτρικών αισθητήρων αερίου σε θερμοκρασία δωματίου υπό φωτισμό74,158,159,160,161.Το BEF στην ετεροδιεπαφή, που προκαλείται από τη διαφορά στα επίπεδα Fermi των υλικών, συμβάλλει επίσης στον διαχωρισμό των ζευγών ηλεκτρονίων-οπών.Το πλεονέκτημα ενός αυτοτροφοδοτούμενου φωτοβολταϊκού αισθητήρα αερίου είναι η χαμηλή του κατανάλωση, καθώς μπορεί να απορροφήσει την ενέργεια του φωτιστικού φωτός και στη συνέχεια να ελέγξει τον εαυτό του ή άλλες μικροσκοπικές συσκευές χωρίς να χρειάζεται εξωτερική πηγή ενέργειας.Για παράδειγμα, οι Tanuma και Sugiyama162 έχουν κατασκευάσει ετεροσυνδέσεις NiO/ZnO pn ως ηλιακά κύτταρα για να ενεργοποιήσουν πολυκρυσταλλικούς αισθητήρες CO2 με βάση το SnO2.Οι Gad et al.74 ανέφερε έναν αυτοτροφοδοτούμενο φωτοβολταϊκό αισθητήρα αερίου που βασίζεται σε ετεροσύνδεσμο Si/ZnO@CdS pn, όπως φαίνεται στο Σχ. 10α.Κατακόρυφα προσανατολισμένα νανοσύρματα ZnO αναπτύχθηκαν απευθείας σε υποστρώματα πυριτίου τύπου p για να σχηματίσουν ετεροσυνδέσεις Si/ZnO pn.Στη συνέχεια, τα νανοσωματίδια CdS τροποποιήθηκαν στην επιφάνεια των νανοσυρμάτων ZnO με χημική τροποποίηση της επιφάνειας.Στο σχ.Το 10a δείχνει αποτελέσματα απόκρισης του αισθητήρα Si/ZnO@CdS εκτός γραμμής για O2 και αιθανόλη.Υπό φωτισμό, η τάση ανοιχτού κυκλώματος (Voc) λόγω του διαχωρισμού των ζευγών ηλεκτρονίων-οπών κατά τη διάρκεια του BEP στην ετεροδιεπαφή Si/ZnO αυξάνεται γραμμικά με τον αριθμό των συνδεδεμένων διόδων74.161.Το Voc μπορεί να αναπαρασταθεί με μια εξίσωση.(5) 156,
όπου ND, NA και Ni είναι οι συγκεντρώσεις των δοτών, των δεκτών και των εγγενών φορέων, αντίστοιχα, και τα k, T και q είναι οι ίδιες παράμετροι όπως στην προηγούμενη εξίσωση.Όταν εκτίθενται σε οξειδωτικά αέρια, εξάγουν ηλεκτρόνια από νανοσύρματα ZnO, γεγονός που οδηγεί σε μείωση του \(N_D^{ZnO}\) και του Voc.Αντίθετα, η μείωση του αερίου οδήγησε σε αύξηση του Voc (Εικ. 10a).Κατά τη διακόσμηση του ZnO με νανοσωματίδια CdS, τα φωτοδιεγερμένα ηλεκτρόνια σε νανοσωματίδια CdS εγχέονται στη ζώνη αγωγιμότητας του ZnO και αλληλεπιδρούν με το προσροφημένο αέριο, αυξάνοντας έτσι την απόδοση αντίληψης74,160.Ένας παρόμοιος αυτοτροφοδοτούμενος φωτοβολταϊκός αισθητήρας αερίου με βάση το Si/ZnO αναφέρθηκε από τους Hoffmann et al.160, 161 (Εικ. 10β).Αυτός ο αισθητήρας μπορεί να παρασκευαστεί χρησιμοποιώντας μια σειρά από νανοσωματίδια ZnO ([3-(2-αμινοαιθυλαμινο)προπυλ]τριμεθοξυσιλάνιο) (αμινο-λειτουργικά-SAM) και θειόλη ((3-μερκαπτοπροπυλ)-λειτουργικά, για να ρυθμίσετε τη λειτουργία εργασίας του αερίου στόχου για την επιλεκτική ανίχνευση ΝΟ2 (τριμεθοξυσιλάνιο) (λειτουργικά με θειόλη-SAM)) (Εικ. 10β) 74,161.
Ένας αυτοτροφοδοτούμενος φωτοηλεκτρικός αισθητήρας αερίου που βασίζεται στη δομή μιας συσκευής τύπου III.έναν αυτοτροφοδοτούμενο φωτοβολταϊκό αισθητήρα αερίου βασισμένο σε Si/ZnO@CdS, αυτοτροφοδοτούμενο αισθητήριο μηχανισμό και απόκριση αισθητήρα σε οξειδωμένα (O2) και μειωμένα (1000 ppm αιθανόλη) αέρια κάτω από το ηλιακό φως.74b Αυτοτροφοδοτούμενος φωτοβολταϊκός αισθητήρας αερίου βασισμένος σε αισθητήρες Si ZnO/ZnO και αποκρίσεις αισθητήρων σε διάφορα αέρια μετά τη λειτουργία του ZnO SAM με τερματικές αμίνες και θειόλες 161
Ως εκ τούτου, όταν συζητάμε τον ευαίσθητο μηχανισμό των αισθητήρων τύπου III, είναι σημαντικό να προσδιορίσουμε τη μεταβολή στο ύψος του φράγματος ετεροσύνδεσης και την ικανότητα του αερίου να επηρεάζει τη συγκέντρωση του φορέα.Επιπλέον, ο φωτισμός μπορεί να δημιουργήσει φωτοπαραγόμενους φορείς που αντιδρούν με αέρια, κάτι που είναι πολλά υποσχόμενο για αυτοτροφοδοτούμενη ανίχνευση αερίου.
Όπως συζητήθηκε σε αυτήν την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας, πολλές διαφορετικές ετερονοδομές MOS έχουν κατασκευαστεί για τη βελτίωση της απόδοσης του αισθητήρα.Η βάση δεδομένων Web of Science αναζητήθηκε για διάφορες λέξεις-κλειδιά (σύνθετα οξείδια μετάλλων, οξείδια μετάλλων πυρήνα-θηκάρι, πολυεπίπεδα οξείδια μετάλλων και αυτοτροφοδοτούμενοι αναλυτές αερίων) καθώς και διακριτικά χαρακτηριστικά (αφθονία, ευαισθησία/επιλεκτικότητα, δυναμικό παραγωγής ενέργειας, κατασκευή) .Μέθοδος Τα χαρακτηριστικά τριών από αυτές τις τρεις συσκευές φαίνονται στον Πίνακα 2. Η γενική ιδέα σχεδιασμού για αισθητήρες αερίων υψηλής απόδοσης συζητείται αναλύοντας τους τρεις βασικούς παράγοντες που προτείνει η Yamazoe.Μηχανισμοί για αισθητήρες ετεροδομής MOS Για την κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τους αισθητήρες αερίων, έχουν μελετηθεί προσεκτικά διάφορες παράμετροι MOS (π.χ. μέγεθος κόκκου, θερμοκρασία λειτουργίας, ελάττωμα και πυκνότητα κενής θέσης οξυγόνου, επίπεδα ανοικτών κρυστάλλων).Η δομή της συσκευής, η οποία είναι επίσης κρίσιμη για την αισθητήρια συμπεριφορά του αισθητήρα, έχει παραμεληθεί και σπάνια συζητήθηκε.Αυτή η ανασκόπηση συζητά τους υποκείμενους μηχανισμούς για την ανίχνευση τριών τυπικών τύπων δομής συσκευής.
Η δομή του μεγέθους των κόκκων, η μέθοδος κατασκευής και ο αριθμός των ετεροενώσεων του αισθητηρίου υλικού σε έναν αισθητήρα Τύπου Ι μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την ευαισθησία του αισθητήρα.Επιπλέον, η συμπεριφορά του αισθητήρα επηρεάζεται επίσης από τη μοριακή αναλογία των εξαρτημάτων.Οι δομές συσκευών τύπου II (διακοσμητικές ετεροανοδομές, φιλμ διπλής στιβάδας ή πολλαπλών στρώσεων, HSSN) είναι οι πιο δημοφιλείς δομές συσκευών που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα εξαρτήματα και μόνο ένα εξάρτημα συνδέεται με το ηλεκτρόδιο.Για αυτή τη δομή της συσκευής, ο προσδιορισμός της θέσης των καναλιών αγωγής και των σχετικών αλλαγών τους είναι κρίσιμος για τη μελέτη του μηχανισμού αντίληψης.Επειδή οι συσκευές τύπου II περιλαμβάνουν πολλές διαφορετικές ιεραρχικές ετεροανοδομές, έχουν προταθεί πολλοί διαφορετικοί μηχανισμοί ανίχνευσης.Σε μια αισθητηριακή δομή τύπου III, το κανάλι αγωγιμότητας κυριαρχείται από μια ετεροσύνδεση που σχηματίζεται στην ετεροσύνδεση και ο μηχανισμός αντίληψης είναι εντελώς διαφορετικός.Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να προσδιοριστεί η αλλαγή στο ύψος του φράγματος ετεροζεύξης μετά την έκθεση του αερίου στόχου στον αισθητήρα τύπου III.Με αυτόν τον σχεδιασμό, μπορούν να κατασκευαστούν αυτοτροφοδοτούμενοι φωτοβολταϊκοί αισθητήρες αερίου για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.Ωστόσο, δεδομένου ότι η τρέχουσα διαδικασία κατασκευής είναι αρκετά περίπλοκη και η ευαισθησία είναι πολύ χαμηλότερη από τους παραδοσιακούς αισθητήρες αερίων με χημειοανθεκτικότητα που βασίζονται σε MOS, υπάρχει ακόμη μεγάλη πρόοδος στην έρευνα των αυτοτροφοδοτούμενων αισθητήρων αερίου.
Τα κύρια πλεονεκτήματα των αισθητήρων αερίου MOS με ιεραρχικές ετεροανοδομές είναι η ταχύτητα και η υψηλότερη ευαισθησία.Ωστόσο, ορισμένα βασικά προβλήματα των αισθητήρων αερίου MOS (π.χ. υψηλή θερμοκρασία λειτουργίας, μακροπρόθεσμη σταθερότητα, κακή επιλεκτικότητα και αναπαραγωγιμότητα, επιδράσεις υγρασίας κ.λπ.) εξακολουθούν να υπάρχουν και πρέπει να αντιμετωπιστούν πριν χρησιμοποιηθούν σε πρακτικές εφαρμογές.Οι σύγχρονοι αισθητήρες αερίου MOS λειτουργούν συνήθως σε υψηλές θερμοκρασίες και καταναλώνουν μεγάλη ισχύ, γεγονός που επηρεάζει τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα του αισθητήρα.Υπάρχουν δύο κοινές προσεγγίσεις για την επίλυση αυτού του προβλήματος: (1) ανάπτυξη τσιπ αισθητήρων χαμηλής ισχύος.(2) ανάπτυξη νέων ευαίσθητων υλικών που μπορούν να λειτουργήσουν σε χαμηλή θερμοκρασία ή ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου.Μια προσέγγιση για την ανάπτυξη τσιπ αισθητήρων χαμηλής ισχύος είναι η ελαχιστοποίηση του μεγέθους του αισθητήρα με την κατασκευή πλακών μικροθέρμανσης που βασίζονται σε κεραμικά και πυρίτιο163.Οι πλάκες μικροθέρμανσης με βάση κεραμικά καταναλώνουν περίπου 50–70 mV ανά αισθητήρα, ενώ οι βελτιστοποιημένες πλάκες μικροθέρμανσης με βάση το πυρίτιο μπορούν να καταναλώσουν μόλις 2 mW ανά αισθητήρα όταν λειτουργούν συνεχώς στους 300 °C163.164.Η ανάπτυξη νέων υλικών ανίχνευσης είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας μειώνοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας και μπορεί επίσης να βελτιώσει τη σταθερότητα του αισθητήρα.Καθώς το μέγεθος του MOS συνεχίζει να μειώνεται για να αυξηθεί η ευαισθησία του αισθητήρα, η θερμική σταθερότητα του MOS γίνεται μεγαλύτερη πρόκληση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μετατόπιση στο σήμα του αισθητήρα165.Επιπλέον, η υψηλή θερμοκρασία προάγει τη διάχυση των υλικών στην ετεροδιεπαφή και το σχηματισμό μικτών φάσεων, γεγονός που επηρεάζει τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του αισθητήρα.Οι ερευνητές αναφέρουν ότι η βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας του αισθητήρα μπορεί να μειωθεί με την επιλογή κατάλληλων υλικών αίσθησης και την ανάπτυξη ετερονοδομών MOS.Η αναζήτηση μιας μεθόδου χαμηλής θερμοκρασίας για την κατασκευή εξαιρετικά κρυσταλλικών ετερονοδομών MOS είναι μια άλλη πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τη βελτίωση της σταθερότητας.
Η επιλεκτικότητα των αισθητήρων MOS είναι ένα άλλο πρακτικό ζήτημα, καθώς διαφορετικά αέρια συνυπάρχουν με το αέριο στόχο, ενώ οι αισθητήρες MOS είναι συχνά ευαίσθητοι σε περισσότερα από ένα αέρια και συχνά παρουσιάζουν διασταυρούμενη ευαισθησία.Επομένως, η αύξηση της επιλεκτικότητας του αισθητήρα στο αέριο στόχο καθώς και σε άλλα αέρια είναι κρίσιμη για πρακτικές εφαρμογές.Τις τελευταίες δεκαετίες, η επιλογή έχει εν μέρει αντιμετωπιστεί με την κατασκευή συστοιχιών αισθητήρων αερίων που ονομάζονται «ηλεκτρονικές μύτες (E-nose)» σε συνδυασμό με αλγόριθμους υπολογιστικής ανάλυσης όπως η κβαντική διανυσματική εκπαίδευση (LVQ), η ανάλυση κύριου συστατικού (PCA). κλπ. ε.Σεξουαλικά προβλήματα.Μερικά ελάχιστα τετράγωνα (PLS) κ.λπ. 31, 32, 33, 34. Δύο κύριοι παράγοντες (ο αριθμός των αισθητήρων, που σχετίζονται στενά με τον τύπο του υλικού ανίχνευσης και η υπολογιστική ανάλυση) είναι κρίσιμοι για τη βελτίωση της ικανότητας των ηλεκτρονικών μύτης για την αναγνώριση αερίων169.Ωστόσο, η αύξηση του αριθμού των αισθητήρων απαιτεί συνήθως πολλές σύνθετες διαδικασίες κατασκευής, επομένως είναι κρίσιμο να βρεθεί μια απλή μέθοδος για τη βελτίωση της απόδοσης των ηλεκτρονικών μύτης.Επιπλέον, η τροποποίηση του MOS με άλλα υλικά μπορεί επίσης να αυξήσει την επιλεκτικότητα του αισθητήρα.Για παράδειγμα, η επιλεκτική ανίχνευση του Η2 μπορεί να επιτευχθεί λόγω της καλής καταλυτικής δραστηριότητας του MOS τροποποιημένου με NP Pd.Τα τελευταία χρόνια, ορισμένοι ερευνητές έχουν επιστρώσει την επιφάνεια MOS MOF για να βελτιώσουν την επιλεκτικότητα του αισθητήρα μέσω της εξαίρεσης μεγέθους171.172.Εμπνευσμένη από αυτό το έργο, η λειτουργικότητα του υλικού μπορεί με κάποιο τρόπο να λύσει το πρόβλημα της επιλεκτικότητας.Ωστόσο, υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει για την επιλογή του σωστού υλικού.
Η επαναληψιμότητα των χαρακτηριστικών των αισθητήρων που κατασκευάζονται υπό τις ίδιες συνθήκες και μεθόδους είναι μια άλλη σημαντική απαίτηση για μεγάλης κλίμακας παραγωγή και πρακτικές εφαρμογές.Τυπικά, οι μέθοδοι φυγοκέντρησης και εμβάπτισης είναι μέθοδοι χαμηλού κόστους για την κατασκευή αισθητήρων αερίων υψηλής απόδοσης.Ωστόσο, κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών, το ευαίσθητο υλικό τείνει να συσσωματώνεται και η σχέση μεταξύ του ευαίσθητου υλικού και του υποστρώματος γίνεται αδύναμη68, 138, 168. Ως αποτέλεσμα, η ευαισθησία και η σταθερότητα του αισθητήρα επιδεινώνονται σημαντικά και η απόδοση γίνεται αναπαραγώγιμη.Άλλες μέθοδοι κατασκευής όπως η sputtering, η ALD, η παλμική εναπόθεση λέιζερ (PLD) και η φυσική εναπόθεση ατμού (PVD) επιτρέπουν την παραγωγή μεμβρανών MOS διπλής στρώσης ή πολλαπλών στρώσεων απευθείας σε υποστρώματα πυριτίου ή αλουμίνας με σχέδια.Αυτές οι τεχνικές αποφεύγουν τη συσσώρευση ευαίσθητων υλικών, διασφαλίζουν την αναπαραγωγιμότητα των αισθητήρων και καταδεικνύουν τη σκοπιμότητα παραγωγής σε μεγάλη κλίμακα επίπεδων αισθητήρων λεπτής μεμβράνης.Ωστόσο, η ευαισθησία αυτών των επίπεδων μεμβρανών είναι γενικά πολύ χαμηλότερη από αυτή των τρισδιάστατων νανοδομημένων υλικών λόγω της μικρής ειδικής επιφάνειας και της χαμηλής διαπερατότητας αερίων41,174.Νέες στρατηγικές για την ανάπτυξη ετερονοδομών MOS σε συγκεκριμένες τοποθεσίες σε δομημένες μικροσυστοιχίες και τον ακριβή έλεγχο του μεγέθους, του πάχους και της μορφολογίας των ευαίσθητων υλικών είναι κρίσιμες για τη χαμηλού κόστους κατασκευή αισθητήρων σε επίπεδο πλακιδίων με υψηλή αναπαραγωγιμότητα και ευαισθησία.Για παράδειγμα, οι Liu et al.174 πρότεινε μια συνδυασμένη στρατηγική από πάνω προς τα κάτω και από κάτω προς τα πάνω για την κατασκευή κρυσταλλιτών υψηλής απόδοσης με ανάπτυξη επί τόπου νανοτοιχωμάτων Ni(OH)2 σε συγκεκριμένες τοποθεσίες..Γκοφρέτες για μικροκαυστήρες.
Επιπλέον, είναι επίσης σημαντικό να ληφθεί υπόψη η επίδραση της υγρασίας στον αισθητήρα σε πρακτικές εφαρμογές.Τα μόρια του νερού μπορούν να ανταγωνιστούν τα μόρια οξυγόνου για θέσεις προσρόφησης σε υλικά αισθητήρων και να επηρεάσουν την ευθύνη του αισθητήρα για το αέριο στόχο.Όπως το οξυγόνο, το νερό δρα ως μόριο μέσω της φυσικής προσρόφησης και μπορεί επίσης να υπάρχει με τη μορφή ριζών υδροξυλίου ή υδροξυλικών ομάδων σε διάφορους σταθμούς οξείδωσης μέσω χημειορόφησης.Επιπλέον, λόγω του υψηλού επιπέδου και της μεταβλητής υγρασίας του περιβάλλοντος, η αξιόπιστη απόκριση του αισθητήρα στο αέριο στόχο είναι μεγάλο πρόβλημα.Έχουν αναπτυχθεί διάφορες στρατηγικές για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, όπως η προσυγκέντρωση αερίου177, οι μέθοδοι αντιστάθμισης υγρασίας και πλέγματος διασταυρούμενης αντίδρασης178, καθώς και μέθοδοι ξήρανσης179,180.Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι είναι ακριβές, πολύπλοκες και μειώνουν την ευαισθησία του αισθητήρα.Έχουν προταθεί αρκετές φθηνές στρατηγικές για την καταστολή των επιπτώσεων της υγρασίας.Για παράδειγμα, η διακόσμηση του SnO2 με νανοσωματίδια Pd μπορεί να προωθήσει τη μετατροπή του προσροφημένου οξυγόνου σε ανιονικά σωματίδια, ενώ η λειτουργικότητα του SnO2 με υλικά υψηλής συγγένειας για μόρια νερού, όπως NiO και CuO, είναι δύο τρόποι για την πρόληψη της εξάρτησης από την υγρασία από τα μόρια του νερού..Αισθητήρες 181, 182, 183. Επιπλέον, η επίδραση της υγρασίας μπορεί επίσης να μειωθεί χρησιμοποιώντας υδρόφοβα υλικά για να σχηματιστούν υδρόφοβες επιφάνειες36,138,184,185.Ωστόσο, η ανάπτυξη αισθητήρων αερίων ανθεκτικών στην υγρασία βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο και απαιτούνται πιο προηγμένες στρατηγικές για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων.
Συμπερασματικά, βελτιώσεις στην απόδοση ανίχνευσης (π.χ. ευαισθησία, επιλεκτικότητα, χαμηλή βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας) έχουν επιτευχθεί με τη δημιουργία ετερονοδομών MOS και έχουν προταθεί διάφοροι βελτιωμένοι μηχανισμοί ανίχνευσης.Κατά τη μελέτη του μηχανισμού ανίχνευσης ενός συγκεκριμένου αισθητήρα, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η γεωμετρική δομή της συσκευής.Θα απαιτηθεί έρευνα σε νέα υλικά ανίχνευσης και έρευνα σε προηγμένες στρατηγικές κατασκευής για να βελτιωθεί περαιτέρω η απόδοση των αισθητήρων αερίων και να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις που απομένουν στο μέλλον.Για τον ελεγχόμενο συντονισμό των χαρακτηριστικών του αισθητήρα, είναι απαραίτητο να χτιστεί συστηματικά η σχέση μεταξύ της συνθετικής μεθόδου των υλικών αισθητήρων και της λειτουργίας των ετερονοδομών.Επιπλέον, η μελέτη επιφανειακών αντιδράσεων και αλλαγών σε ετεροδιεπαφές με χρήση σύγχρονων μεθόδων χαρακτηρισμού μπορεί να βοηθήσει στην αποσαφήνιση των μηχανισμών αντίληψής τους και στην παροχή συστάσεων για την ανάπτυξη αισθητήρων βασισμένων σε ετερονοδομημένα υλικά.Τέλος, η μελέτη των σύγχρονων στρατηγικών κατασκευής αισθητήρων μπορεί να επιτρέψει την κατασκευή μικροσκοπικών αισθητήρων αερίων σε επίπεδο γκοφρέτας για τις βιομηχανικές τους εφαρμογές.
Genzel, ΝΝ et αϊ.Μια διαχρονική μελέτη των επιπέδων διοξειδίου του αζώτου σε εσωτερικούς χώρους και των αναπνευστικών συμπτωμάτων σε παιδιά με άσθμα σε αστικές περιοχές.γειτονιά.Προοπτική υγείας.116, 1428–1432 (2008).


Ώρα δημοσίευσης: Νοε-04-2022