• У памяшканні аксід вугляроду дыяксід вугляроду метан хлор і іншыя шматпараметрычны дэтэктар газу прыбор сігналізацыі

У памяшканні аксід вугляроду дыяксід вугляроду метан хлор і іншыя шматпараметрычны дэтэктар газу прыбор сігналізацыі

Распрацоўка высокаэфектыўных, партатыўных і мініяцюрных датчыкаў газу прыцягвае ўсё большую ўвагу ў галіне маніторынгу навакольнага асяроддзя, бяспекі, медыцынскай дыягностыкі і сельскай гаспадаркі.Сярод розных інструментаў выяўлення метал-аксід-паўправаднік (MOS) хіміка-рэзістыўныя датчыкі газу з'яўляюцца найбольш папулярным выбарам для камерцыйнага прымянення з-за іх высокай стабільнасці, нізкай кошту і высокай адчувальнасці.Адным з найбольш важных падыходаў да далейшага паляпшэння прадукцыйнасці датчыка з'яўляецца стварэнне нанапамерных гетэрапераходаў на аснове MOS (гетэра-нанаструктураваных MOS) з MOS-нанаматэрыялаў.Аднак механізм адчування гетэрананаструктураванага датчыка MOS адрозніваецца ад механізму адзінкавага газавага датчыка MOS, паколькі ён даволі складаны.На прадукцыйнасць датчыка ўплываюць розныя параметры, у тым ліку фізічныя і хімічныя ўласцівасці адчувальнага матэрыялу (напрыклад, памер зерня, шчыльнасць дэфектаў і кіслародныя вакансіі ў матэрыяле), рабочая тэмпература і структура прылады.У гэтым аглядзе прадстаўлены некалькі канцэпцый распрацоўкі высокаэфектыўных датчыкаў газу шляхам аналізу механізму адчування гетэрагенных нанаструктураваных датчыкаў MOS.Акрамя таго, абмяркоўваецца ўплыў геаметрычнай структуры прылады, якая вызначаецца ўзаемаадносінамі паміж адчувальным матэрыялам і працоўным электродам.Для сістэматычнага вывучэння паводзін сэнсара ў гэтым артыкуле прадстаўлены і абмяркоўваецца агульны механізм успрымання трох тыповых геаметрычных структур прылад на аснове розных гетэрананаструктураваных матэрыялаў.Гэты агляд будзе служыць кіраўніцтвам для будучых чытачоў, якія вывучаюць адчувальныя механізмы датчыкаў газу і распрацоўваюць высокаэфектыўныя датчыкі газу.
Забруджванне паветра становіцца ўсё больш сур'ёзнай праблемай і сур'ёзнай глабальнай экалагічнай праблемай, якая пагражае дабрабыту людзей і жывых істот.Удыханне газападобных забруджвальных рэчываў можа выклікаць мноства праблем са здароўем, такіх як рэспіраторныя захворванні, рак лёгкіх, лейкемія і нават заўчасная смерць1,2,3,4.Паведамляецца, што з 2012 па 2016 гады мільёны людзей памерлі ад забруджвання паветра, і кожны год мільярды людзей падвяргаюцца ўздзеянню дрэннай якасці паветра5.Такім чынам, важна распрацаваць партатыўныя і мініяцюрныя датчыкі газу, якія могуць забяспечваць зваротную сувязь у рэальным часе і высокую прадукцыйнасць выяўлення (напрыклад, адчувальнасць, селектыўнасць, стабільнасць, а таксама час водгуку і аднаўлення).У дадатак да маніторынгу навакольнага асяроддзя, газавыя датчыкі гуляюць важную ролю ў бяспецы6,7,8, медыцынскай дыягностыцы9,10, аквакультуры11 і іншых галінах12.
На сённяшні дзень было прадстаўлена некалькі партатыўных газавых датчыкаў, заснаваных на розных сэнсарных механізмах, такіх як аптычныя13,14,15,16,17,18, электрахімічныя19,20,21,22 і хімічныя рэзістыўныя датчыкі23,24.Сярод іх хімічныя рэзістыўныя датчыкі метал-аксід-паўправаднік (MOS) з'яўляюцца найбольш папулярнымі ў камерцыйных прымяненнях з-за іх высокай стабільнасці і нізкай кошту25,26.Канцэнтрацыю забруджвальных рэчываў можна вызначыць, проста выявіўшы змяненне супраціву MOS.У пачатку 1960-х гадоў з'явілася інфармацыя аб першых хіміка-рэзістыўных датчыках газу на аснове тонкіх плёнак ZnO, што выклікала вялікую цікавасць у галіне выяўлення газу 27,28.Сёння ў якасці газаадчувальных матэрыялаў выкарыстоўваецца мноства розных МОП, і іх можна падзяліць на дзве катэгорыі ў залежнасці ад іх фізічных уласцівасцей: МОП n-тыпу з электронамі ў якасці асноўных носьбітаў зарада і МОП p-тыпу з дзіркамі ў якасці асноўных носьбітаў зарада.носьбіты зарада.У цэлым MOS p-тыпу менш папулярны, чым MOS n-тыпу, таму што індуктыўны водгук MOS p-тыпу (Sp) прапарцыянальны квадратнаму кораню з MOS n-тыпу (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) пры тых жа дапушчэннях (напрыклад, тая ж марфалагічная структура і тая ж змена выгібу палос у паветры) 29,30.Аднак датчыкі MOS з адной базай па-ранейшаму сутыкаюцца з такімі праблемамі, як недастатковы ліміт выяўлення, нізкая адчувальнасць і селектыўнасць у практычных прымяненнях.Праблемы селектыўнасці можна ў некаторай ступені вырашыць шляхам стварэння масіваў датчыкаў (так званых «электронных насоў») і ўключэння алгарытмаў вылічальнага аналізу, такіх як навучальнае вектарнае квантаванне (LVQ), аналіз галоўных кампанентаў (PCA) і аналіз частковых найменшых квадратаў (PLS)31, 32, 33, 34, 35. Акрамя таго, вытворчасць нізкаразмерных MOS32,36,37,38,39 (напрыклад, аднамерных (1D), 0D і 2D нанаматэрыялаў), а таксама выкарыстанне іншых нанаматэрыялаў ( напрыклад, MOS40,41,42, наначасціцы высакародных металаў (NPs)43,44, вугляродныя нанаматэрыялы45,46 і праводзячыя палімеры47,48) для стварэння нанамаштабных гетеропереходов (г.зн. гетэрананаструктураваных MOS) з'яўляюцца іншымі пераважнымі падыходамі для вырашэння вышэйзгаданых праблем.У параўнанні з традыцыйнымі тоўстымі плёнкамі MOS, нізкаразмерныя MOS з высокай удзельнай плошчай паверхні могуць забяспечыць больш актыўныя месцы для адсорбцыі газу і спрыяць дыфузіі газу36,37,49.Акрамя таго, канструкцыя гетэрананаструктур на аснове MOS можа дадаткова наладжваць транспарт носьбіта на гетэраінтэрфейсе, што прыводзіць да вялікіх змен у супраціўленні з-за розных працоўных функцый 50,51,52.Акрамя таго, некаторыя хімічныя эфекты (напрыклад, каталітычная актыўнасць і сінэргічны паверхневыя рэакцыі), якія адбываюцца пры распрацоўцы МОП-гетэранананаструктур, таксама могуць палепшыць прадукцыйнасць датчыка. прадукцыйнасці датчыка, сучасныя хіміярэзістыўныя датчыкі звычайна выкарыстоўваюць метад спроб і памылак, што займае шмат часу і неэфектыўна.Такім чынам, важна разумець механізм адчування газавых датчыкаў на аснове MOS, паколькі ён можа кіраваць распрацоўкай высокаэфектыўных датчыкаў накіраванасці.
У апошнія гады газавыя датчыкі MOS атрымалі хуткае развіццё, і былі апублікаваны некаторыя справаздачы аб нанаструктурах MOS55,56,57, датчыках газу пакаёвай тэмпературы58,59, спецыяльных датчыках MOS60,61,62 і спецыяльных датчыках газу63.Аглядная праца ў Іншых аглядах засяроджваецца на высвятленні механізму адчування газавых датчыкаў на аснове ўнутраных фізічных і хімічных уласцівасцей MOS, у тым ліку ролі кіслародных вакансій 64 , ролі гетэрананаструктур 55, 65 і пераносу зарада на гетэраінтэрфейсах 66. Акрамя таго, , многія іншыя параметры ўплываюць на прадукцыйнасць датчыка, уключаючы гетэраструктуру, памер збожжа, працоўную тэмпературу, шчыльнасць дэфектаў, кіслародныя вакансіі і нават адкрытыя крышталічныя плоскасці адчувальнага матэрыялу25,67,68,69,70,71.72, 73. Аднак (рэдка згадваецца) геаметрычная структура прылады, якая вызначаецца адносінамі паміж адчувальным матэрыялам і працоўным электродам, таксама істотна ўплывае на адчувальнасць датчыка74,75,76 (падрабязней гл. раздзел 3) .Напрыклад, Кумар і інш.77 паведамілі аб двух датчыках газу на аснове аднаго і таго ж матэрыялу (напрыклад, двухслаёвыя датчыкі газу на аснове TiO2@NiO і NiO@TiO2) і назіралі розныя змены ў супраціўленні газу NH3 з-за рознай геаметрыі прылады.Такім чынам, пры аналізе газаадчувальнага механізму важна ўлічваць структуру прылады.У гэтым аглядзе аўтары засяроджваюцца на механізмах выяўлення розных гетэрагенных нанаструктур і структур прылад на аснове MOS.Мы лічым, што гэты агляд можа служыць кіраўніцтвам для чытачоў, якія жадаюць зразумець і прааналізаваць механізмы выяўлення газу, і можа ўнесці свой уклад у распрацоўку будучых высокаэфектыўных датчыкаў газу.
На мал.На малюнку 1а паказана асноўная мадэль механізму датчыка газу на аснове аднаго MOS.Па меры павышэння тэмпературы адсорбцыя малекул кіслароду (O2) на паверхні MOS будзе прыцягваць электроны з MOS і ўтвараць аніёны (напрыклад, O2- і O-).Затым на паверхні MOS утвараецца электронна-разбураны пласт (EDL) для MOS n-тыпу або пласт назапашвання дзірак (HAL) для MOS p-тыпу 15, 23, 78. Узаемадзеянне паміж O2 і MOS прымушае зону праводнасці павярхоўнага MOS выгінацца ўверх і ўтвараць патэнцыяльны бар'ер.У далейшым, калі датчык падвяргаецца ўздзеянню мэтавага газу, газ, адсарбаваны на паверхні MOS, уступае ў рэакцыю з іённымі формамі кіслароду, альбо прыцягваючы электроны (акісляльны газ), альбо аддаючы электроны (аднаўленчы газ).Перанос электронаў паміж мэтавым газам і MOS можа рэгуляваць шырыню EDL або HAL30,81, што прыводзіць да змены агульнага супраціву датчыка MOS.Напрыклад, для аднаўляючага газу электроны будуць пераносіцца з аднаўляючага газу ў MOS n-тыпу, што прыводзіць да зніжэння EDL і меншага супраціву, што называецца паводзінамі датчыка n-тыпу.Наадварот, калі MOS p-тыпу падвяргаецца ўздзеянню аднаўляючага газу, які вызначае паводзіны адчувальнасці p-тыпу, HAL скарачаецца, а супраціўленне павялічваецца з-за донарства электронаў.Для акісляльных газаў рэакцыя датчыка супрацьлеглая рэакцыі для аднаўленчых газаў.
Асноўныя механізмы выяўлення для MOS n-тыпу і p-тыпу для аднаўляючых і акісляльных газаў b Ключавыя фактары і фізіка-хімічныя ўласцівасці або ўласцівасці матэрыялаў, якія ўваходзяць у склад паўправадніковых датчыкаў газу 89
Акрамя асноўнага механізму выяўлення, механізмы выяўлення газу, якія выкарыстоўваюцца ў практычных датчыках газу, даволі складаныя.Напрыклад, фактычнае выкарыстанне датчыка газу павінна адпавядаць шматлікім патрабаванням (напрыклад, адчувальнасці, селектыўнасці і стабільнасці) у залежнасці ад патрэбаў карыстальніка.Гэтыя патрабаванні цесна звязаны з фізічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі адчувальнага матэрыялу.Напрыклад, Сюй і інш.71 прадэманстравалі, што датчыкі на аснове SnO2 дасягаюць найвышэйшай адчувальнасці, калі дыяметр крышталя (d) роўны або менш чым удвая перавышае даўжыню Дэбая (λD) SnO271.Калі d ≤ 2λD, SnO2 цалкам высільваецца пасля адсорбцыі малекул O2, і рэакцыя датчыка на аднаўленчы газ максімальная.Акрамя таго, розныя іншыя параметры могуць уплываць на прадукцыйнасць датчыка, уключаючы працоўную тэмпературу, дэфекты крышталя і нават адкрытыя плоскасці крышталя адчувальнага матэрыялу.У прыватнасці, уплыў працоўнай тэмпературы тлумачыцца магчымай канкурэнцыяй паміж хуткасцямі адсорбцыі і дэсорбцыі мэтавага газу, а таксама павярхоўнай рэакцыйнай здольнасцю паміж адсарбаванымі малекуламі газу і часціцамі кіслароду4,82.Эфект дэфектаў крышталяў цесна звязаны з утрыманнем кіслародных вакансій [83, 84].На працу датчыка таксама можа ўплываць розная рэактыўнасць адкрытых граняў крышталя67,85,86,87.Плоскасці адкрытых крышталяў з меншай шчыльнасцю выяўляюць больш нескаардынаваных катыёнаў металаў з больш высокай энергіяй, якія спрыяюць павярхоўнай адсорбцыі і рэакцыйнай здольнасці88.У табліцы 1 пералічаны некалькі ключавых фактараў і звязаныя з імі палепшаныя механізмы ўспрымання.Такім чынам, рэгулюючы гэтыя параметры матэрыялу, можна палепшыць прадукцыйнасць выяўлення, і вельмі важна вызначыць ключавыя фактары, якія ўплываюць на прадукцыйнасць датчыка.
Yamazoe89 і Shimanoe et al.68,71 правялі шэраг даследаванняў па тэарэтычным механізме сэнсарнага ўспрымання і прапанавалі тры незалежныя ключавыя фактары, якія ўплываюць на прадукцыйнасць датчыка, у прыватнасці, функцыю рэцэптара, функцыю пераўтваральніка і карыснасць (мал. 1b)..Рэцэптарная функцыя адносіцца да здольнасці паверхні MOS ўзаемадзейнічаць з малекуламі газу.Гэтая функцыя цесна звязана з хімічнымі ўласцівасцямі МОП і можа быць значна палепшана шляхам увядзення замежных акцэптараў (напрыклад, металічных НЧ і іншых МОП).Функцыя пераўтваральніка адносіцца да здольнасці пераўтвараць рэакцыю паміж газам і паверхняй MOS у электрычны сігнал, у якім дамінуюць межы зерняў MOS.Такім чынам, сэнсарная функцыя істотна залежыць ад памеру часціц MOC і шчыльнасці чужародных рэцэптараў.Katoch et al.90 паведамілі, што памяншэнне памеру зерня нанафібрыл ZnO-SnO2 прывяло да ўтварэння шматлікіх гетэрапераходаў і павышэння адчувальнасці датчыка ў адпаведнасці з функцыянальнасцю пераўтваральніка.Wang et al.91 параўналі розныя памеры зерняў Zn2GeO4 і прадэманстравалі 6,5-разовае павелічэнне адчувальнасці датчыка пасля ўвядзення межаў зерняў.Карыснасць - яшчэ адзін ключавы фактар ​​прадукцыйнасці датчыка, які апісвае даступнасць газу для ўнутранай структуры MOS.Калі малекулы газу не могуць пракрасціся і ўступіць у рэакцыю з унутраным MOS, адчувальнасць датчыка будзе зніжана.Карыснасць цесна звязана з глыбінёй дыфузіі канкрэтнага газу, якая залежыць ад памеру пор сэнсарнага матэрыялу.Сакай і інш.92 змадэляваў адчувальнасць датчыка да дымавых газаў і выявіў, што як малекулярная маса газу, так і радыус пары мембраны датчыка ўплываюць на адчувальнасць датчыка пры розных глыбінях дыфузіі газу ў мембране датчыка.Прыведзенае вышэй абмеркаванне паказвае, што высокаэфектыўныя газавыя датчыкі можна распрацаваць шляхам збалансавання і аптымізацыі функцыі рэцэптара, функцыі пераўтваральніка і карыснасці.
Вышэйзгаданая праца растлумачвае асноўны механізм успрымання адной MOS і абмяркоўвае некалькі фактараў, якія ўплываюць на працу MOS.У дадатак да гэтых фактараў, датчыкі газу на аснове гетэраструктур могуць яшчэ больш палепшыць прадукцыйнасць датчыка за кошт значнага паляпшэння функцый датчыка і рэцэптара.Акрамя таго, гетэрананаструктуры могуць яшчэ больш палепшыць прадукцыйнасць датчыка за кошт узмацнення каталітычных рэакцый, рэгулявання перадачы зарада і стварэння большай колькасці сайтаў адсорбцыі.На сённяшні дзень многія газавыя датчыкі на аснове МОП-гетэрананаструктур былі вывучаны для абмеркавання механізмаў паляпшэння зандзіравання95,96,97.Мілер і інш.55 абагульнілі некалькі механізмаў, якія, верагодна, палепшаць адчувальнасць гетэрананаструктур, у тым ліку залежныя ад паверхні, залежныя ад інтэрфейсу і залежныя ад структуры.Сярод іх механізм узмацнення, які залежыць ад інтэрфейсу, занадта складаны, каб ахапіць усе ўзаемадзеянні інтэрфейсу ў адной тэорыі, паколькі могуць выкарыстоўвацца розныя датчыкі на аснове гетэрананаструктураваных матэрыялаў (напрыклад, nn-гетэрапераход, pn-гетэрапераход, pp-гетэрапераход і інш.). .вузел Шоткі).Як правіла, гетэрананаструктураваныя датчыкі на базе MOS заўсёды ўключаюць у сябе два ці больш удасканаленых датчыкаў98,99,100.Сінэргічны эфект гэтых механізмаў узмацнення можа палепшыць прыём і апрацоўку сігналаў датчыкаў.Такім чынам, разуменне механізму ўспрымання датчыкаў на аснове гетэрагенных нанаструктураваных матэрыялаў мае вырашальнае значэнне для таго, каб дапамагчы даследчыкам распрацаваць датчыкі газу знізу ўверх у адпаведнасці з іх патрэбамі.Акрамя таго, геаметрычная структура прылады таксама можа істотна паўплываць на адчувальнасць датчыка 74, 75, 76. Для сістэматычнага аналізу паводзін датчыка будуць прадстаўлены механізмы адчування трох канструкцый прылад на аснове розных гетэрананаструктураваных матэрыялаў і абмяркоўваецца ніжэй.
З хуткім развіццём газавых датчыкаў на аснове MOS былі прапанаваны розныя гетэра-нанаструктураваныя MOS.Перанос зарада на гетэраінтэрфейсе залежыць ад розных узроўняў Фермі (Ef) кампанентаў.На гетэраграніцы электроны перамяшчаюцца з аднаго боку з большым Ef да іншага з меншым Ef, пакуль іх ўзроўні Фермі не дасягнуць раўнавагі, а дзіркі - наадварот.Затым носьбіты на гетэраінтэрфейсе высільваюцца і ўтвараюць збеднены пласт.Калі датчык падвяргаецца ўздзеянню мэтавага газу, канцэнтрацыя гетэрананаструктураваных носьбітаў MOS змяняецца, як і вышыня бар'ера, тым самым узмацняючы сігнал выяўлення.Акрамя таго, розныя метады вырабу гетэрананаструктур прыводзяць да розных узаемаадносін паміж матэрыяламі і электродамі, што прыводзіць да розных геаметрый прылад і розных механізмаў адчування.У гэтым аглядзе мы прапануем тры геаметрычныя структуры прылад і абмяркоўваем механізм адчування для кожнай структуры.
Хаця гетэрапераходы гуляюць вельмі важную ролю ў прадукцыйнасці выяўлення газу, геаметрыя прылады ўсяго датчыка таксама можа істотна ўплываць на паводзіны выяўлення, паколькі месцазнаходжанне канала праводнасці датчыка моцна залежыць ад геаметрыі прылады.Тут абмяркоўваюцца тры тыповыя геаметрыі гетэрапераходных MOS-прылад, як паказана на малюнку 2. У першым тыпе два MOS-злучэння выпадковым чынам размеркаваны паміж двума электродамі, і месцазнаходжанне правадзячага канала вызначаецца асноўным MOS, другі - фарміраванне гетэрагенных нанаструктур з розных MOS, у той час як толькі адзін MOS злучаны з электродам.электрод падлучаны, то праводзіць канал звычайна знаходзіцца ўнутры MOS і непасрэдна злучаны з электродам.У трэцім тыпе два матэрыялы прымацоўваюцца да двух электродаў асобна, накіроўваючы прыладу праз гетэрапераход, утвораны паміж двума матэрыяламі.
Працяжнік паміж злучэннямі (напрыклад, «SnO2-NiO») паказвае, што два кампаненты проста змяшаныя (тып I).Знак «@» паміж двума злучэннямі (напрыклад, «SnO2@NiO») паказвае, што матэрыял каркаса (NiO) упрыгожаны SnO2 для структуры датчыка тыпу II.Касая рыса (напрыклад, «NiO/SnO2») паказвае на канструкцыю датчыка тыпу III.
Для датчыкаў газу на аснове МОП-кампазітаў два МОП-элемента выпадковым чынам размеркаваны паміж электродамі.Для падрыхтоўкі MOS-кампазітаў былі распрацаваны шматлікія метады вырабу, у тым ліку золь-гель, сумеснае асаджэнне, гідратэрмальны, электрапрадзенне і метады механічнага змешвання98,102,103,104.Нядаўна металаарганічныя каркасы (MOF), клас порыстых крышталічных структураваных матэрыялаў, якія складаюцца з металічных цэнтраў і арганічных лінкераў, выкарыстоўваліся ў якасці шаблонаў для вырабу порыстых MOS-кампазітаў105,106,107,108.Варта адзначыць, што хоць працэнт МОП-кампазітаў аднолькавы, характарыстыкі адчувальнасці могуць моцна адрознівацца пры выкарыстанні розных вытворчых працэсаў.109,110 Напрыклад, Гао і інш.109 вырабілі два датчыка на аснове кампазітаў MoO3±SnO2 з аднолькавым атамным суадносінамі. (Mo:Sn = 1:1,9) і выявілі, што розныя метады вырабу прыводзяць да рознай адчувальнасці.Шапашнік і інш.110 паведамляюць, што рэакцыя суасаджанага SnO2-TiO2 на газападобны H2 адрозніваецца ад рэакцыі механічна змешаных матэрыялаў, нават пры тым жа суадносінах Sn/Ti.Гэта адрозненне ўзнікае таму, што ўзаемасувязь паміж памерам крышталіта MOP і MOP вар'іруецца ў залежнасці ад розных метадаў сінтэзу109,110.Калі памер і форма збожжа супадаюць з пункту гледжання шчыльнасці донара і тыпу паўправадніка, адказ павінен заставацца ранейшым, калі геаметрыя кантакту не змяняецца 110 .Штаерц і інш.111 паведамілі, што характарыстыкі выяўлення нанавалокнаў асяродак-абалонка SnO2-Cr2O3 (CSN) і здробненых CSN SnO2-Cr2O3 былі амаль ідэнтычнымі, што сведчыць аб тым, што марфалогія нанавалакна не дае ніякіх пераваг.
У дадатак да розных метадаў вырабу, тыпы паўправаднікоў двух розных MOSFET таксама ўплываюць на адчувальнасць датчыка.У далейшым яго можна падзяліць на дзве катэгорыі ў залежнасці ад таго, ці з'яўляюцца два MOSFET з аднаго тыпу паўправаднікоў (nn- або pp-пераход) або розных тыпаў (pn-пераход).Калі газавыя датчыкі заснаваны на MOS-кампазітах аднаго тыпу, пры змене малярнага суадносін двух MOS характарыстыка водгуку адчувальнасці застаецца нязменнай, а адчувальнасць датчыка змяняецца ў залежнасці ад колькасці nn- або pp-гетэрапераходаў.Калі адзін з кампанентаў пераважае ў кампазіце (напрыклад, 0,9 ZnO-0,1 SnO2 або 0,1 ZnO-0,9 SnO2), канал праводнасці вызначаецца дамінуючым MOS, які называецца гомопереходным каналам праводнасці 92 .Калі суадносіны двух кампанентаў супастаўныя, мяркуецца, што ў канале праводнасці дамінуе гетэрапераход98,102.Ямазоэ і інш.112,113 паведамляецца, што гетэракантактная вобласць двух кампанентаў можа значна палепшыць адчувальнасць датчыка, таму што бар'ер гетэрапераходу, утвораны з-за розных працоўных функцый кампанентаў, можа эфектыўна кантраляваць рухомасць дрэйфу датчыка, які падвяргаецца ўздзеянню электронаў.Розныя газы навакольнага асяроддзя 112,113.На мал.На малюнку 3а паказана, што датчыкі на аснове кудзелістых іерархічных структур SnO2-ZnO з розным утрыманнем ZnO (ад 0 да 10 мольных % Zn) могуць выбарачна выяўляць этанол.Сярод іх датчык на аснове валокнаў SnO2-ZnO (7 мол.% Zn) паказаў найбольшую адчувальнасць за кошт адукацыі вялікай колькасці гетэрапераходаў і павелічэння ўдзельнай паверхні, што павялічыла функцыю пераўтваральніка і палепшыла адчувальнасць 90 Аднак пры далейшым павелічэнні ўтрымання ZnO да 10 мол.%, мікраструктурны кампазіт SnO2-ZnO можа ахінуць зоны актывацыі паверхні і знізіць адчувальнасць датчыка85.Падобная тэндэнцыя таксама назіраецца для датчыкаў на аснове гетеропереходных кампазітаў NiO-NiFe2O4 з рознымі суадносінамі Fe/Ni (мал. 3b)114.
СЭМ выявы валокнаў SnO2-ZnO (7 мол.% Zn) і адказ датчыка на розныя газы з канцэнтрацыяй 100 частак на мільён пры 260 °C;54b Адказы датчыкаў на аснове чыстага NiO і NiO-NiFe2O4 кампазітаў пры 50 праміле розных газаў, 260 °C;114 (c) Схематычная дыяграма колькасці вузлоў у складзе xSnO2-(1-x)Co3O4 і адпаведных рэакцый супраціву і адчувальнасці складу xSnO2-(1-x)Co3O4 на 10 частак на мільён CO, ацэтону, C6H6 і SO2 газу пры 350 °C шляхам змены малярнага суадносін Sn/Co 98
Кампазіты pn-MOS дэманструюць розныя паводзіны адчувальнасці ў залежнасці ад атамнага суадносін MOS115.Увогуле, сэнсарныя паводзіны кампазітаў MOS моцна залежаць ад таго, які MOS дзейнічае як асноўны канал правядзення для датчыка.Таму вельмі важна характарызаваць працэнтны склад і нанаструктуру кампазітаў.Кім і інш.98 пацвердзілі гэтую выснову, сінтэзуючы серыю кампазітных нанавалокнаў xSnO2 ± (1-x)Co3O4 метадам электрапрадзення і вывучаючы іх сэнсарныя ўласцівасці.Яны заўважылі, што паводзіны кампазітнага датчыка SnO2-Co3O4 перайшлі з n-тыпу на p-тып за кошт памяншэння працэнтнага ўтрымання SnO2 (мал. 3c)98.Акрамя таго, датчыкі з дамінаваннем гетэрапераходаў (на аснове 0,5 SnO2-0,5 Co3O4) паказалі самыя высокія хуткасці перадачы для C6H6 у параўнанні з датчыкамі з дамінаваннем гомапераходаў (напрыклад, датчыкі з высокім утрыманнем SnO2 або Co3O4).Высокая ўстойлівасць, уласцівая датчыку на аснове 0,5 SnO2-0,5 Co3O4, і яго большая здольнасць мадуляваць агульны супраціў датчыка спрыяюць яго найвышэйшай адчувальнасці да C6H6.Акрамя таго, дэфекты неадпаведнасці рашоткі, якія ўзнікаюць з гетэраінтэрфейсаў SnO2-Co3O4, могуць ствараць пераважныя месцы адсорбцыі для малекул газу, тым самым паляпшаючы рэакцыю датчыка109,116.
У дадатак да MOS паўправадніковага тыпу паводзіны MOS-кампазітаў пры дотыку таксама можна наладзіць з дапамогай хіміі MOS-117.Huo et al.117 выкарысталі просты метад замочвання-выпякання для падрыхтоўкі кампазітаў Co3O4-SnO2 і выявілі, што пры малярным суадносінах Co/Sn 10 %, датчык дэманструе рэакцыю выяўлення p-тыпу на H2 і адчувальнасць n-тыпу да H2.адказ.Рэакцыі датчыка на газы CO, H2S і NH3 паказаны на малюнку 4a117.Пры нізкіх суадносінах Co/Sn на межах наназерняў SnO2±SnO2 утвараецца шмат гомапераходаў і дэманструецца рэакцыя датчыка n-тыпу на H2 (мал. 4b,c)115.Пры павелічэнні адносіны Co/Sn да 10 моль.%, замест гомапераходаў SnO2-SnO2 адначасова ўтварылася шмат гетэрапераходаў Co3O4-SnO2 (мал. 4г).Паколькі Co3O4 неактыўны ў адносінах да H2, а SnO2 моцна рэагуе з H2, рэакцыя H2 з іённымі формамі кіслароду ў асноўным адбываецца на паверхні SnO2117.Такім чынам, электроны пераходзяць да SnO2 і Ef SnO2 пераходзіць у зону праводнасці, а Ef Co3O4 застаецца нязменным.У выніку супраціўленне датчыка павялічваецца, што паказвае на тое, што матэрыялы з высокім стаўленнем Co/Sn дэманструюць адчувальныя паводзіны p-тыпу (мал. 4e).Наадварот, газы CO, H2S і NH3 рэагуюць з іённымі формамі кіслароду на паверхнях SnO2 і Co3O4, і электроны рухаюцца ад газу да датчыка, што прыводзіць да памяншэння вышыні бар'ера і адчувальнасці n-тыпу (мал. 4f)..Гэтыя розныя паводзіны датчыка абумоўлены рознай рэакцыйнай здольнасцю Co3O4 з рознымі газамі, што было дадаткова пацверджана Yin et al.118 .Аналагічным чынам Катох і інш.119 паказалі, што кампазіты SnO2-ZnO валодаюць добрай селектыўнасцю і высокай адчувальнасцю да H2.Такія паводзіны адбываюцца таму, што атамы Н могуць быць лёгка адсарбаваны ў пазіцыях О ZnO з-за моцнай гібрыдызацыі паміж s-арбіталлю Н і р-арбіталлю О, што прыводзіць да металізацыі ZnO120,121.
a Крывыя дынамічнага супраціву Co/Sn-10% для тыповых аднаўляючых газаў, такіх як H2, CO, NH3 і H2S, b, c Схема кампазітнага механізму адчування Co3O4/SnO2 для H2 пры нізкім % m.Co/Sn, df Co3O4 Механізм выяўлення H2 і CO, H2S і NH3 з кампазітным матэрыялам з высокім утрыманнем Co/Sn/SnO2
Такім чынам, мы можам палепшыць адчувальнасць датчыка I-тыпу, выбраўшы адпаведныя метады вырабу, паменшыўшы памер зярністасці кампазітаў і аптымізаваўшы малярныя суадносіны МОП-кампазітаў.Акрамя таго, глыбокае разуменне хіміі адчувальнага матэрыялу можа яшчэ больш павысіць селектыўнасць датчыка.
Сэнсарныя структуры тыпу II - гэта яшчэ адна папулярная сэнсарная структура, якая можа выкарыстоўваць розныя гетэрагенныя нанаструктураваныя матэрыялы, у тым ліку адзін «галоўны» нанаматэрыял і другі ці нават трэці нанаматэрыял.Напрыклад, аднамерныя або двухмерныя матэрыялы, упрыгожаныя наначасціцамі, ядро-абалонка (CS) і шматслойныя гетэрананаструктураваныя матэрыялы звычайна выкарыстоўваюцца ў датчыкавых структурах тыпу II і будуць падрабязна разгледжаны ніжэй.
Для першага гетэранананаструктурнага матэрыялу (упрыгожаная гетэранананаструктура), як паказана на мал. 2b(1), токаправодныя каналы датчыка злучаны базавым матэрыялам.З-за ўтварэння гетэрапераходаў мадыфікаваныя наначасціцы могуць ствараць больш рэактыўныя месцы для адсорбцыі або дэсорбцыі газу, а таксама могуць дзейнічаць як каталізатары для паляпшэння адчувальных характарыстык109,122,123,124.Юань і інш.41 адзначылі, што ўпрыгожванне нанаправадоў WO3 нанакропкамі CeO2 можа забяспечыць больш месцаў адсорбцыі на гетэраграніцы CeO2@WO3 і паверхні CeO2 і стварыць больш хемасарбаваных формаў кіслароду для рэакцыі з ацэтонам.Гунаван і інш.125. Быў прапанаваны ацэтонавы датчык звышвысокай адчувальнасці на аснове аднамернага Au@α-Fe2O3, і было заўважана, што адчувальнасць датчыка кантралюецца актывацыяй малекул O2 як крыніцы кіслароду.Наяўнасць Au NP можа дзейнічаць як каталізатар, які спрыяе дысацыяцыі малекул кіслароду ў кісларод рашоткі для акіслення ацэтону.Аналагічныя вынікі былі атрыманы Choi і соавт.9, дзе Pt-каталізатар быў выкарыстаны для дысацыяцыі адсарбаваных малекул кіслароду на іянізаваныя формы кіслароду і павышэння адчувальнай рэакцыі на ацэтон.У 2017 г. тая ж даследчая група прадэманстравала, што біметалічныя наначасціцы нашмат больш эфектыўныя ў каталізе, чым асобныя наначасціцы высакародных металаў, як паказана на малюнку 5126. 5а - схема працэсу вытворчасці біметалічных (PtM) НЧ на аснове плаціны з выкарыстаннем клетак апаферытыну з сярэдні памер менш за 3 нм.Затым метадам электрапрадзення былі атрыманы нанавалокны PtM@WO3 для павышэння адчувальнасці і селектыўнасці да ацэтону або H2S (мал. 5b–g).Нядаўна аднаатамныя каталізатары (SAC) паказалі выдатныя каталітычныя характарыстыкі ў галіне каталізу і газавага аналізу дзякуючы максімальнай эфектыўнасці выкарыстання атамаў і наладжаных электронных структур127,128.Шын і інш.129 выкарыстоўвалі наналісты Pt-SA з нітрыду вугляроду (MCN), SnCl2 і PVP у якасці хімічных крыніц для падрыхтоўкі ўбудаваных валокнаў Pt@MCN@SnO2 для выяўлення газу.Нягледзячы на ​​вельмі нізкае ўтрыманне Pt@MCN (ад 0,13 мас.% да 0,68 мас.%), эфектыўнасць выяўлення газападобнага фармальдэгіду Pt@MCN@SnO2 лепшая, чым іншыя эталонныя ўзоры (чысты SnO2, MCN@SnO2 і Pt NPs@ SnO2)..Гэтыя выдатныя характарыстыкі выяўлення можна звязаць з максімальнай атамнай эфектыўнасцю каталізатара Pt SA і мінімальным ахопам актыўных цэнтраў SnO2129.
Метад інкапсуляцыі, загружанай апаферыцінам, для атрымання наначасціц PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi);дынамічныя газаадчувальныя ўласцівасці некранутых нанавалокнаў bd WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 і Pt-NiO@WO3;на аснове, напрыклад, селектыўных уласцівасцей нанавалаконных датчыкаў PtPd@WO3, PtRn@WO3 і Pt-NiO@WO3 да 1 праміле газу, які перашкаджае 126
Акрамя таго, гетэрапераходы, утвораныя паміж матэрыяламі каркаса і наначасціцамі, таксама могуць эфектыўна мадуляваць каналы праводнасці праз механізм радыяльнай мадуляцыі для паляпшэння прадукцыйнасці датчыка130,131,132.На мал.На малюнку 6а паказаны характарыстыкі датчыка чыстых нанаправадоў SnO2 і Cr2O3@SnO2 для аднаўленчых і акісляльных газаў і адпаведныя датчыкавыя механізмы131.У параўнанні з нанаправодкамі з чыстага SnO2 рэакцыя нанаправадоў Cr2O3@SnO2 на аднаўленчыя газы значна павышаецца, а рэакцыя на акісляльныя газы пагаршаецца.Гэтыя з'явы цесна звязаны з мясцовым запаволеннем каналаў праводнасці нанаправадоў SnO2 у радыяльным напрамку ўтворанага pn гетэрапераходу.Супраціў датчыка можна проста наладзіць, змяняючы шырыню EDL на паверхні чыстых нанаправадоў SnO2 пасля ўздзеяння аднаўляючых і акісляльных газаў.Аднак для нанаправадоў Cr2O3@SnO2 пачатковы DEL нанаправадоў SnO2 у паветры павялічваецца ў параўнанні з нанаправадамі чыстага SnO2, а канал праводнасці падаўляецца з-за ўтварэння гетэрапераходу.Такім чынам, калі датчык падвяргаецца ўздзеянню аднаўляючага газу, захопленыя электроны выкідваюцца ў нанаправады SnO2, і EDL рэзка зніжаецца, што прыводзіць да больш высокай адчувальнасці, чым нанаправадоў чыстага SnO2.І наадварот, пры пераключэнні на акісляльны газ пашырэнне DEL абмежавана, што прыводзіць да нізкай адчувальнасці.Падобныя вынікі сэнсарнай рэакцыі назіралі Чой і інш., 133 у якіх нанаправады SnO2, упрыгожаныя наначасціцамі WO3 p-тыпу, паказалі значна палепшаную сэнсарную рэакцыю на аднаўленчыя газы, у той час як датчыкі SnO2, упрыгожаныя n, мелі палепшаную адчувальнасць да акісляльных газаў.Наначасціцы TiO2 (мал. 6b) 133. Гэты вынік галоўным чынам звязаны з рознымі функцыямі выхаду наначасціц SnO2 і MOS (TiO2 або WO3).У наначасціцах p-тыпу (n-тыпу) канал правядзення каркаснага матэрыялу (SnO2) пашыраецца (або скарачаецца) у радыяльным кірунку, а затым пад дзеяннем аднаўлення (або акіслення) адбываецца далейшае пашырэнне (або ўкарачэнне) канала праводнасці SnO2 – рабро ) газу (мал. 6б).
Механізм радыяльнай мадуляцыі, выкліканы мадыфікаваным НЧ МОП.Рэзюмэ газавых рэакцый на 10 частак на мільён аднаўляючых і акісляльных газаў на аснове чыстых нанаправадоў SnO2 і Cr2O3@SnO2 і адпаведных схематычных дыяграм сэнсарнага механізму;і адпаведныя схемы нанастрыжняў WO3@SnO2 і механізм выяўлення133
У двухслойных і шматслойных гетэраструктурных прыладах у канале праводнасці прылады дамінуе пласт (звычайна ніжні пласт), які знаходзіцца ў непасрэдным кантакце з электродамі, і гетэрапераход, утвораны на мяжы двух слаёў, можа кантраляваць праводнасць ніжняга пласта .Такім чынам, калі газы ўзаемадзейнічаюць з верхнім пластом, яны могуць істотна паўплываць на каналы праводнасці ніжняга пласта і супраціў 134 прылады.Напрыклад, Кумар і інш.77 паведамілі пра супрацьлеглае паводзіны падвойных слаёў TiO2@NiO і NiO@TiO2 для NH3.Гэтая розніца ўзнікае таму, што каналы праводнасці двух датчыкаў дамінуюць у пластах з розных матэрыялаў (NiO і TiO2, адпаведна), і тады варыяцыі ў ніжэйлеглых каналах праводнасці розныя77.
Двухслойныя або шматслойныя гетэрананаструктуры звычайна вырабляюцца метадам распылення, нанясення атамнага пласта (ALD) і цэнтрыфугавання 56,70,134,135,136.Таўшчыню плёнкі і плошчу кантакту двух матэрыялаў можна добра кантраляваць.На малюнках 7a і b паказаны нанаплёнкі NiO@SnO2 і Ga2O3@WO3, атрыманыя шляхам распылення для выяўлення этанолу135,137.Аднак гэтыя метады звычайна вырабляюць плоскія плёнкі, і гэтыя плоскія плёнкі менш адчувальныя, чым трохмерныя нанаструктураваныя матэрыялы, з-за іх нізкай удзельнай плошчы паверхні і газапранікальнасці.Такім чынам, вадкасная стратэгія вырабу двухслаёвых плёнак з рознымі іерархіямі таксама была прапанавана для паляпшэння ўспрымання за кошт павелічэння ўдзельнай паверхні41,52,138.Zhu et al139 аб'ядналі метады распылення і гідратэрмальныя метады для атрымання высокаўпарадкаваных нанаправадоў ZnO паверх нанаправадоў SnO2 (нанаправадоў ZnO@SnO2) для выяўлення H2S (мал. 7c).Яго рэакцыя на 1 праміле H2S у 1,6 разы вышэй, чым у датчыка, заснаванага на распыленых нанаплёнках ZnO@SnO2.Лю і інш.52 паведамілі аб высокаэфектыўным датчыку H2S з выкарыстаннем двухэтапнага метаду хімічнага нанясення in situ для вырабу іерархічных нанаструктур SnO2@NiO з наступным тэрмічным адпалам (мал. 10d).У параўнанні са звычайнымі напыленымі двухслойнымі плёнкамі SnO2@NiO характарыстыкі адчувальнасці іерархічнай двухслойнай структуры SnO2@NiO значна палепшаны дзякуючы павелічэнню ўдзельнай плошчы паверхні52,137.
Двухслаёвы датчык газу на аснове MOS.Нанаплёнка NiO@SnO2 для выяўлення этанолу;Нанаплёнка 137b Ga2O3@WO3 для выяўлення этанолу;135c высокаўпарадкаваная двухслойная іерархічная структура SnO2@ZnO для выяўлення H2S;139d Двухслойная іерархічная структура SnO2@NiO для выяўлення H2S52.
У прыладах тыпу II на аснове гетэранананаструктур ядро-абалонка (CSHN) механізм адчування больш складаны, паколькі каналы праводнасці не абмяжоўваюцца ўнутранай абалонкай.Як спосаб вытворчасці, так і таўшчыня (hs) упакоўкі могуць вызначаць размяшчэнне токаправодных каналаў.Напрыклад, пры выкарыстанні метадаў сінтэзу "знізу ўверх" каналы праводнасці звычайна абмяжоўваюцца ўнутраным ядром, якое падобна па структуры да двухслаёвых або шматслойных структур прылад (мал. 2b (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Сюй і інш.144 паведамілі аб падыходзе знізу ўверх да атрымання CSHN NiO@α-Fe2O3 і CuO@α-Fe2O3 шляхам нанясення пласта наночастиц NiO або CuO на нанастрыжні α-Fe2O3, у якіх канал праводнасці быў абмежаваны цэнтральнай часткай.(нанастрыжні α-Fe2O3).Лю і інш.142 таксама ўдалося абмежаваць канал праводнасці асноўнай часткай CSHN TiO2 @ Si шляхам нанясення TiO2 на падрыхтаваныя масівы крамянёвых нанаправадоў.Такім чынам, яго адчувальныя паводзіны (р-тып ці n-тып) залежаць толькі ад тыпу паўправадніка крамянёвага нанадроту.
Аднак большасць зарэгістраваных датчыкаў на аснове CSHN (мал. 2b (4)) былі выраблены шляхам пераносу парашкоў сінтэзаванага матэрыялу CS на чыпы.У гэтым выпадку на шлях правядзення датчыка ўплывае таўшчыня корпуса (hs).Група Кіма даследавала ўплыў h на эфектыўнасць выяўлення газу і прапанавала магчымы механізм выяўлення100,112,145,146,147,148. Мяркуецца, што два фактары спрыяюць механізму адчування гэтай структуры: (1) радыяльная мадуляцыя EDL абалонкі і (2) эфект размазвання электрычнага поля (мал. 8) 145. Даследчыкі адзначылі, што канал праводнасці носьбітаў у асноўным абмяжоўваецца пластом абалонкі, калі hs > λD пласта абалонкі145. Мяркуецца, што два фактары спрыяюць механізму адчування гэтай структуры: (1) радыяльная мадуляцыя EDL абалонкі і (2) эфект размазвання электрычнага поля (мал. 8) 145. Даследчыкі адзначылі, што канал праводнасці носьбітаў у асноўным абмяжоўваецца пластом абалонкі, калі hs > λD пласта абалонкі145. Счытаецца, што ў механізме ўзнікнення гэтай структуры ўдзельнічаюць два фактару: (1) радыяльная модуляцыя ДЭС абалонкі і (2) эфект размыцця электрычнага поля (рыс. 8) 145. Даследчыкі адзначылі, што канал праводзімасці носьбітаў у асноўным прыведзены да абалонцы, калі hs > λD абалонкі145. Лічыцца, што ў механізме ўспрымання гэтай структуры ўдзельнічаюць два фактары: (1) радыяльная мадуляцыя EDL абалонкі і (2) эфект размыцця электрычнага поля (мал. 8) 145. Даследчыкі адзначылі, што канал правядзення носьбіта ў асноўным абмежаваны абалонкай, калі hs > λD shells145.Мяркуецца, што два фактары спрыяюць механізму выяўлення гэтай структуры: (1) радыяльная мадуляцыя DEL абалонкі і (2) эфект размазвання электрычнага поля (мал. 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层。 > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳层。 Даследчыкі адзначылі, што канал праводзімасці Калі hs > λD145 абалонкі, колькасць носьбітаў у асноўным абмежавана абалонкай. Даследчыкі адзначылі, што канал правядзення Калі hs> λD145 абалонкі, колькасць носьбітаў у асноўным абмежавана абалонкай.Такім чынам, у рэзістыўнай мадуляцыі датчыка на аснове CSHN пераважае радыяльная мадуляцыя абалонкі DEL (мал. 8а).Аднак пры hs ≤ λD абалонкі часціцы кіслароду, адсарбаваныя абалонкай, і гетэрапераход, утвораны на гетэрапераходзе CS, цалкам знясілены электронамі. Такім чынам, канал праводнасці знаходзіцца не толькі ўнутры пласта абалонкі, але і часткова ў стрыжневай частцы, асабліва калі hs < λD пласта абалонкі. Такім чынам, канал праводнасці знаходзіцца не толькі ўнутры пласта абалонкі, але і часткова ў стрыжневай частцы, асабліва калі hs < λD пласта абалонкі. Такім чынам, канал праводзімасці размяшчаецца не толькі ўнутры оболочечного пласта, але і часткова ў сэрцавіннай часткі, асабліва пры hs < λD оболочечного пласта. Такім чынам, канал правядзення размешчаны не толькі ўнутры абалонкавага пласта, але і часткова ў стрыжневай частцы, асабліва пры hs < λD абалонкавага пласта.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部,尤其是当壳层的hs < λD 时。 hs < λD 时. Таму канал праводзімасці размяшчаецца не толькі ўнутры абалонкі, але і часткова ў сэрцавіне, асабліва пры hs < λD абалонцы. Такім чынам, канал правядзення размешчаны не толькі ўнутры абалонкі, але і часткова ў ядры, асабліва пры hs < λD абалонкі.У гэтым выпадку як цалкам збедненая электронная абалонка, так і часткова збеднены асноўны пласт дапамагаюць мадуляваць супраціўленне ўсяго CSHN, што прыводзіць да эфекту хваста электрычнага поля (мал. 8b).Некаторыя іншыя даследаванні выкарыстоўвалі канцэпцыю аб'ёмнай долі EDL замест хваста электрычнага поля для аналізу эфекту HS100,148.З улікам гэтых двух укладаў агульная мадуляцыя супраціву CSHN дасягае найбольшага значэння, калі hs параўнальна з λD абалонкі, як паказана на мал. 8c.Такім чынам, аптымальны hs для CSHN можа быць блізкі да абалонкі λD, што адпавядае эксперыментальным назіранням99,144,145,146,149.Некалькі даследаванняў паказалі, што hs можа таксама ўплываць на адчувальнасць датчыкаў pn-гетэрапераходу на аснове CSHN40,148.Лі і інш.148 і Bai et al.40 сістэматычна даследаваў уплыў hs на прадукцыйнасць датчыкаў CSHN з pn-гетэрапераходам, такіх як TiO2@CuO і ZnO@NiO, шляхам змены цыклу ALD абалонкі.У выніку сэнсарнае паводзіны змянілася з p-тыпу на n-тып з павелічэннем hs40,148.Такія паводзіны тлумачацца тым, што спачатку (з абмежаванай колькасцю цыклаў ALD) гетэраструктуры можна разглядаць як мадыфікаваныя гетэрананаструктуры.Такім чынам, канал праводнасці абмежаваны стрыжневым пластом (MOSFET p-тыпу), і датчык выяўляе паводзіны p-тыпу.Па меры павелічэння колькасці цыклаў ALD пласт абалонкі (MOSFET n-тыпу) становіцца квазібесперапынным і дзейнічае як канал праводнасці, што прыводзіць да адчувальнасці n-тыпу.Падобныя сэнсарныя пераходныя паводзіны былі зарэгістраваныя для pn разгалінаваных гетэранананаструктур 150,151.Чжоу і інш.150 даследавалі адчувальнасць разгалінаваных гетэрананаструктур Zn2SnO4@Mn3O4, кантралюючы ўтрыманне Zn2SnO4 на паверхні нанаправадоў Mn3O4.Пры адукацыі ядраў Zn2SnO4 на паверхні Mn3O4 назіралася адчувальнасць р-тыпу.Пры далейшым павелічэнні ўтрымання Zn2SnO4 сэнсар на аснове разгалінаваных гетэрананаструктур Zn2SnO4@Mn3O4 пераходзіць да сэнсара n-тыпу.
Паказана канцэптуальнае апісанне двухфункцыянальнага сэнсарнага механізму нанаправадоў CS.a Мадуляцыя супраціву з-за радыяльнай мадуляцыі збедненых электронамі абалонак, b Негатыўны ўплыў размазвання на мадуляцыю супраціву, і c Мадуляцыя поўнага супраціву нанаправадоў CS з-за спалучэння абодвух эфектаў 40
У заключэнне, датчыкі тыпу II уключаюць мноства розных іерархічных нанаструктур, і прадукцыйнасць датчыка моцна залежыць ад размяшчэння правадзячых каналаў.Такім чынам, вельмі важна кантраляваць становішча канала праводнасці датчыка і выкарыстоўваць прыдатную гетэрананаструктураваную мадэль MOS для вывучэння механізму пашыранага адчування датчыкаў тыпу II.
Сэнсарныя структуры тыпу III не вельмі распаўсюджаны, і канал праводнасці заснаваны на гетэрапераходзе, утвораным паміж двума паўправаднікамі, злучанымі з двума электродамі адпаведна.Унікальныя структуры прылад звычайна атрымліваюцца з дапамогай метадаў мікраапрацоўкі, і іх адчувальныя механізмы моцна адрозніваюцца ад двух папярэдніх датчыкавых структур.IV крывая датчыка тыпу III звычайна дэманструе тыповыя характарыстыкі выпрамлення з-за фарміравання гетэрапераходу48,152,153.ВАХ ідэальнага гетэрапераходу можа быць апісана тэрмаэлектронным механізмам эмісіі электронаў па вышыні бар'ера гетэрапераходу152,154,155.
дзе Va - напружанне зрушэння, A - плошча прылады, k - пастаянная Больцмана, T - абсалютная тэмпература, q - зарад носьбіта, Jn і Jp - шчыльнасць дзіркавага і дыфузійнага току электронаў адпаведна.IS уяўляе сабой зваротны ток насычэння, які вызначаецца як: 152,154,155
Такім чынам, поўны ток pn гетэрапераходу залежыць ад змены канцэнтрацыі носьбітаў зарада і змены вышыні бар'ера гетэрапераходу, як паказана ў раўнаннях (3) і (4) 156
дзе nn0 і pp0 — канцэнтрацыя электронаў (дзірак) у МОП n-тыпу (p-тыпу), \(V_{bi}^0\) — убудаваны патэнцыял, Dp (Dn) — каэфіцыент дыфузіі электронаў (дзірак), Ln (Lp ) — даўжыня дыфузіі электронаў (дзірак), ΔEv (ΔEc) — зрух энергіі валентнай зоны (зоны праводнасці) на гетэрапераходзе.Нягледзячы на ​​тое, што шчыльнасць току прапарцыянальная шчыльнасці носьбіта, яна экспанентна адваротна прапарцыйная \(V_{bi}^0\).Такім чынам, агульная змена шчыльнасці току моцна залежыць ад мадуляцыі вышыні гетэрапераходнага бар'ера.
Як было сказана вышэй, стварэнне гетэра-нанаструктураваных МОП-транзістораў (напрыклад, прылад тыпу I і тыпу II) можа істотна палепшыць прадукцыйнасць датчыка, а не асобных кампанентаў.А для прылад тыпу III адказ гетэрананаструктуры можа быць вышэй, чым два кампаненты48,153 або вышэй, чым адзін кампанент76, у залежнасці ад хімічнага складу матэрыялу.Некалькі справаздач паказалі, што рэакцыя гетэрананаструктур значна вышэйшая, чым у аднаго кампанента, калі адзін з кампанентаў неадчувальны да мэтавага газу48,75,76,153.У гэтым выпадку мэтавы газ будзе ўзаемадзейнічаць толькі з адчувальным пластом і выклікаць зрух Ef адчувальнага пласта і змяненне вышыні бар'ера гетэрапераходу.Тады агульны ток прылады істотна зменіцца, так як ён знаходзіцца ў зваротнай залежнасці ад вышыні гетэрапераходнага бар'ера ў адпаведнасці з раўнаннем.(3) і (4) 48,76,153.Аднак, калі кампаненты n-тыпу і p-тыпу адчувальныя да мэтавага газу, эфектыўнасць выяўлення можа быць дзесьці пасярэдзіне.Хасэ і інш.76 стварылі порыстую плёнку NiO/SnO2 датчык NO2 шляхам распылення і выявілі, што адчувальнасць датчыка была толькі вышэй, чым у датчыка на аснове NiO, але ніжэй, чым у датчыка на аснове SnO2.датчык.Гэта з'ява звязана з тым, што SnO2 і NiO праяўляюць супрацьлеглыя рэакцыі на NO276.Акрамя таго, паколькі гэтыя два кампаненты маюць розную адчувальнасць да газу, яны могуць мець аднолькавую тэндэнцыю выяўляць акісляльныя і аднаўленчыя газы.Напрыклад, Квон і соавт.157 прапанаваў газавы датчык р-п-гетэрапераходу NiO/SnO2 з дапамогай касога распылення, як паказана на мал. 9а.Цікава, што датчык pn-гетэрапераходу NiO/SnO2 паказаў такую ​​ж тэндэнцыю адчувальнасці для H2 і NO2 (мал. 9а).Каб вырашыць гэты вынік, Квон і соавт.157 сістэматычна даследавалі, як NO2 і H2 змяняюць канцэнтрацыі носьбітаў, і наладзілі \(V_{bi}^0\) абодвух матэрыялаў з дапамогай IV-характарыстык і камп'ютэрнага мадэлявання (мал. 9bd).Малюнкі 9b і c дэманструюць здольнасць H2 і NO2 змяняць шчыльнасць носьбітаў датчыкаў на аснове p-NiO (pp0) і n-SnO2 (nn0) адпаведна.Яны паказалі, што pp0 р-тыпу NiO нязначна змяніўся ў асяроддзі NO2, у той час як ён рэзка змяніўся ў асяроддзі H2 (мал. 9b).Аднак для SnO2 n-тыпу nn0 паводзіць сябе адваротным чынам (мал. 9c).Грунтуючыся на гэтых выніках, аўтары прыйшлі да высновы, што, калі H2 быў нанесены на датчык на аснове pn гетэрапераходу NiO/SnO2, павелічэнне nn0 прывяло да павелічэння Jn, а \(V_{bi}^0\) прывяло да зніжэнне адказу (мал. 9d).Пасля ўздзеяння NO2 як значнае зніжэнне nn0 у SnO2, так і невялікае павелічэнне pp0 у NiO прыводзяць да значнага зніжэння \(V_{bi}^0\), што забяспечвае павелічэнне сэнсарнай рэакцыі (мал. 9d). ) 157 У заключэнне, змены ў канцэнтрацыі носьбітаў і \(V_{bi}^0\) прыводзяць да зменаў у агульным току, што яшчэ больш уплывае на здольнасць выяўлення.
Механізм адчування газавага датчыка заснаваны на структуры прылады тыпу III.Выявы папярочнага разрэзу сканавальнай электроннай мікраскапіі (SEM), прылада p-NiO/n-SnO2 з нанакатушкай і ўласцівасці датчыка гетэрапераходнага датчыка з нанакатушкай p-NiO/n-SnO2 пры 200°C для H2 і NO2;b , SEM папярочнага сячэння прылады c і вынікі мадэлявання прылады з p-NiO b-слоем і n-SnO2 c-слоем.Датчык b p-NiO і датчык c n-SnO2 вымяраюць і ўзгадняюць ВАХ у сухім паветры і пасля ўздзеяння H2 і NO2.З дапамогай праграмнага забеспячэння Sentaurus TCAD былі змадэляваныя двухмерная карта шчыльнасці b-дзірак у p-NiO і карта c-электронаў у слоі n-SnO2 з каляровай шкалой.d Вынікі мадэлявання, якія паказваюць трохмерную карту p-NiO/n-SnO2 у сухім паветры, H2 і NO2157 у навакольным асяроддзі.
У дадатак да хімічных уласцівасцяў самога матэрыялу, структура прылады тыпу III дэманструе магчымасць стварэння датчыкаў газу з аўтаномным харчаваннем, што немагчыма з прыладамі тыпу I і тыпу II.З-за ўласнага электрычнага поля (BEF) дыёдныя структуры pn гетэрапераходаў звычайна выкарыстоўваюцца для стварэння фотаэлектрычных прылад і паказваюць патэнцыял для стварэння фотаэлектрычных датчыкаў газу з аўтаномным харчаваннем пры пакаёвай тэмпературы пры асвятленні74,158,159,160,161.BEF на гетэраграніцы, выкліканы розніцай узроўняў Фермі матэрыялаў, таксама спрыяе падзелу электронна-дзірачных пар.Перавагай фотаэлектрычнага газавага датчыка з аўтаномным харчаваннем з'яўляецца яго нізкае энергаспажыванне, паколькі ён можа паглынаць энергію асвятляльнага святла, а затым кіраваць сабой або іншымі мініяцюрнымі прыладамі без неабходнасці вонкавай крыніцы харчавання.Напрыклад, Танума і Сугіяма162 вырабілі pn-гетэрапераходы NiO/ZnO у якасці сонечных элементаў для актывацыі полікрышталічных датчыкаў CO2 на аснове SnO2.Гад і інш.74 паведамілі аб фотаэлектрычным газавым датчыку з аўтаномным сілкаваннем на аснове гетэрапераходу Si/ZnO@CdS pn, як паказана на мал. 10а.Вертыкальна арыентаваныя нанаправады ZnO вырошчвалі непасрэдна на крэмніевых падкладках р-тыпу для фарміравання гетэрапераходаў Si/ZnO pn.Затым наначасціцы CdS былі мадыфікаваны на паверхні нанаправадоў ZnO шляхам хімічнай мадыфікацыі паверхні.На мал.На малюнку 10a паказаны аўтаномныя вынікі рэакцыі датчыка Si/ZnO@CdS для O2 і этанолу.Пры асвятленні напружанне халасты ланцуга (Voc) з-за падзелу электронна-дзірачных пар падчас BEP на гетэраінтэрфейсе Si/ZnO лінейна павялічваецца з колькасцю падлучаных дыёдаў74,161.Voc можа быць прадстаўлены раўнаннем.(5) 156,
дзе ND, NA і Ni - канцэнтрацыі донараў, акцэптараў і ўласных носьбітаў адпаведна, а k, T і q - тыя ж параметры, што і ў папярэднім раўнанні.Пад уздзеяннем акісляльных газаў яны выцягваюць электроны з нанаправадоў ZnO, што прыводзіць да зніжэння \(N_D^{ZnO}\) і Voc.І наадварот, памяншэнне газу прывяло да павелічэння Voc (мал. 10а).Пры аздабленні ZnO наначасціцамі CdS фотаўзбуджаныя электроны ў наначасціцах CdS уводзяць у зону праводнасці ZnO і ўзаемадзейнічаюць з адсарбаваным газам, тым самым павялічваючы эфектыўнасць успрымання74,160.Падобны фотаэлектрычны газавы датчык з аўтаномным харчаваннем на аснове Si/ZnO быў прадстаўлены Hoffmann et al.160, 161 (мал. 10б).Гэты датчык можа быць падрыхтаваны з выкарыстаннем наначасціц ZnO, функцыяналізаваных амінам ([3-(2-амінаетыламіна)прапіл]трыметаксісілан) (функцыяналізаваны аміна-SAM) і тыол ((3-меркаптапрапіл)-функцыяналізаваны, для рэгулявання працоўнай функцыі мэтавага газу для селектыўнага выяўлення NO2 (трыметаксісілан) (тыёл-функцыяналізаваны SAM)) (мал. 10b) 74,161.
Аўтаномны фотаэлектрычны датчык газу на аснове структуры прылады тыпу III.фотаэлектрычны датчык газу з аўтаномным харчаваннем на аснове Si/ZnO@CdS, механізм адчування з аўтаномным харчаваннем і рэакцыя датчыка на акісленыя (O2) і адноўленыя (1000 праміле этанолу) газы пад сонечным святлом;74b Фотаэлектрычны газавы датчык з аўтаномным харчаваннем на аснове датчыкаў Si ZnO/ZnO і рэакцыі датчыка на розныя газы пасля функцыяналізацыі SAM ZnO канцавымі амінамі і тыоламі 161
Такім чынам, пры абмеркаванні адчувальнага механізму датчыкаў тыпу III важна вызначыць змяненне вышыні бар'ера гетэрапераходу і здольнасць газу ўплываць на канцэнтрацыю носьбітаў.Акрамя таго, асвятленне можа ствараць фотагенераваныя носьбіты, якія рэагуюць з газамі, што з'яўляецца перспектыўным для аўтаномнага выяўлення газу.
Як абмяркоўвалася ў гэтым аглядзе літаратуры, для павышэння прадукцыйнасці датчыка было выраблена мноства розных МОП-гетэранананаструктур.Пошук у базе дадзеных Web of Science праводзіўся па розных ключавых словах (кампазіты аксідаў металаў, аксіды металаў стрыжань-абалонка, слаістыя аксіды металаў і газааналізатары з аўтаномным харчаваннем), а таксама па адметных характарыстыках (багацце, адчувальнасць/выбіральнасць, патэнцыял вытворчасці энергіі, вытворчасць) .Метад Характарыстыкі трох з гэтых трох прылад паказаны ў табліцы 2. Агульная канцэпцыя дызайну высокаэфектыўных газавых датчыкаў абмяркоўваецца шляхам аналізу трох ключавых фактараў, прапанаваных Ямазоэ.Механізмы для датчыкаў гетэраструктуры MOS Каб зразумець фактары, якія ўплываюць на газавыя датчыкі, былі ўважліва вывучаны розныя параметры MOS (напрыклад, памер зярністасці, працоўная тэмпература, шчыльнасць дэфектаў і кіслародных вакансій, адкрытыя плоскасці крышталяў).Структура прылады, якая таксама мае вырашальнае значэнне для паводзін датчыка, была занядбана і рэдка абмяркоўвалася.У гэтым аглядзе абмяркоўваюцца асноўныя механізмы выяўлення трох тыповых тыпаў структуры прылады.
Структура памеру зярністасці, метад вытворчасці і колькасць гетэрапераходаў адчувальнага матэрыялу ў датчыку тыпу I могуць моцна паўплываць на адчувальнасць датчыка.Акрамя таго, на паводзіны датчыка таксама ўплывае малярная суадносіны кампанентаў.Прыборныя структуры тыпу II (дэкаратыўныя гетэрананаструктуры, двухслойныя або шматслойныя плёнкі, HSSN) з'яўляюцца найбольш папулярнымі прыладнымі структурамі, якія складаюцца з двух і больш кампанентаў, і толькі адзін кампанент злучаны з электродам.Для гэтай структуры прылады вызначэнне месцазнаходжання каналаў правядзення і іх адносных змяненняў мае вырашальнае значэнне пры вывучэнні механізму ўспрымання.Паколькі прылады тыпу II ўключаюць мноства розных іерархічных гетэрананаструктур, было прапанавана шмат розных механізмаў адчування.У сэнсарнай структуры тыпу III у канале правядзення дамінуе гетэрапераход, які ўтварыўся ў гетэрапераходзе, і механізм успрымання зусім іншы.Такім чынам, важна вызначыць змяненне вышыні бар'ера гетэрапераходу пасля ўздзеяння мэтавага газу на датчык тыпу III.З дапамогай гэтай канструкцыі фотаэлектрычныя датчыкі газу з аўтаномным харчаваннем могуць быць зроблены для зніжэння спажывання энергіі.Аднак, паколькі сучасны працэс вырабу даволі складаны, а адчувальнасць значна ніжэйшая, чым у традыцыйных хіміка-рэзістыўных газавых датчыкаў на аснове MOS, у даследаванні газавых датчыкаў з аўтаномным сілкаваннем яшчэ шмат прагрэсу.
Асноўныя перавагі газавых МОП-датчыкаў з іерархічнымі гетэрананаструктурамі - гэта хуткасць і высокая адчувальнасць.Аднак некаторыя ключавыя праблемы газавых датчыкаў MOS (напрыклад, высокая рабочая тэмпература, доўгатэрміновая стабільнасць, дрэнная селектыўнасць і ўзнаўляльнасць, уздзеянне вільготнасці і г.д.) усё яшчэ існуюць, і іх неабходна вырашыць, перш чым іх можна будзе выкарыстоўваць у практычных мэтах.Сучасныя датчыкі газу MOS звычайна працуюць пры высокіх тэмпературах і спажываюць шмат энергіі, што ўплывае на доўгатэрміновую стабільнасць датчыка.Ёсць два распаўсюджаных падыходу да вырашэння гэтай праблемы: (1) распрацоўка чыпаў датчыкаў малой магутнасці;(2) распрацоўка новых адчувальных матэрыялаў, якія могуць працаваць пры нізкай ці нават пакаёвай тэмпературы.Адзін з падыходаў да распрацоўкі датчыкаў з нізкім энергаспажываннем заключаецца ў мінімізацыі памеру датчыка шляхам вырабу мікранагравальных пласцін на аснове керамікі і крэмнію163.Керамічныя мікранагравальныя пласціны спажываюць прыкладна 50–70 мВ на датчык, у той час як аптымізаваныя крэмніевыя мікранагравальныя пласціны могуць спажываць усяго 2 мВт на датчык пры бесперапыннай працы пры 300 °C163,164.Распрацоўка новых сэнсарных матэрыялаў з'яўляецца эфектыўным спосабам зніжэння спажывання энергіі за кошт зніжэння працоўнай тэмпературы, а таксама можа палепшыць стабільнасць датчыка.Паколькі памер MOS працягвае памяншацца для павышэння адчувальнасці датчыка, цеплавая стабільнасць MOS становіцца больш складанай задачай, што можа прывесці да дрэйфу сігналу датчыка165.Акрамя таго, высокая тэмпература спрыяе дыфузіі матэрыялаў на гетэраграніцы і адукацыі змешаных фаз, што ўплывае на электронныя ўласцівасці датчыка.Даследчыкі паведамляюць, што аптымальную працоўную тэмпературу датчыка можна знізіць шляхам выбару прыдатных адчувальных матэрыялаў і распрацоўкі гетэрананаструктур MOS.Пошук нізкатэмпературнага метаду вырабу высокакрышталічных МОП-гетэрананаструктур - яшчэ адзін перспектыўны падыход да павышэння стабільнасці.
Выбіральнасць датчыкаў MOS - яшчэ адна практычная праблема, паколькі розныя газы суіснуюць з мэтавым газам, у той час як датчыкі MOS часта адчувальныя да больш чым аднаго газу і часта дэманструюць перакрыжаваную адчувальнасць.Такім чынам, павышэнне селектыўнасці датчыка да мэтавага газу, а таксама да іншых газаў мае вырашальнае значэнне для практычнага прымянення.За апошнія некалькі дзесяцігоддзяў гэты выбар быў часткова вырашаны стварэннем масіваў газавых датчыкаў пад назвай "электронныя насы (E-nose)" у спалучэнні з алгарытмамі вылічальнага аналізу, такімі як навучальнае вектарнае квантаванне (LVQ), аналіз галоўных кампанентаў (PCA), г.д.Сэксуальныя праблемы.Частковы найменшы квадрат (PLS) і г.д. 31, 32, 33, 34. Два асноўныя фактары (колькасць датчыкаў, якія цесна звязаны з тыпам сэнсарнага матэрыялу, і вылічальны аналіз) маюць вырашальнае значэнне для паляпшэння здольнасці электронных насоў для ідэнтыфікацыі газаў169.Аднак для павелічэння колькасці датчыкаў звычайна патрабуецца мноства складаных вытворчых працэсаў, таму вельмі важна знайсці просты метад павышэння прадукцыйнасці электронных насоў.Акрамя таго, мадыфікацыя MOS іншымі матэрыяламі таксама можа павялічыць селектыўнасць датчыка.Напрыклад, селектыўнае выяўленне H2 можа быць дасягнута дзякуючы добрай каталітычнай актыўнасці MOS, мадыфікаванага NP Pd.У апошнія гады некаторыя даследчыкі пакрылі паверхню MOS MOF, каб палепшыць селектыўнасць датчыка праз выключэнне памеру171,172.Натхнёная гэтай працай функцыяналізацыя матэрыялаў можа неяк вырашыць праблему селектыўнасці.Аднак трэба яшчэ шмат папрацаваць над выбарам патрэбнага матэрыялу.
Паўтаральнасць характарыстык датчыкаў, вырабленых у аднолькавых умовах і метадамі, з'яўляецца яшчэ адным важным патрабаваннем для буйнасерыйнай вытворчасці і практычнага прымянення.Як правіла, метады цэнтрыфугавання і акунання з'яўляюцца недарагімі метадамі вырабу датчыкаў газу з высокай прапускной здольнасцю.Аднак падчас гэтых працэсаў адчувальны матэрыял мае тэндэнцыю да агрэгацыі, і сувязь паміж адчувальным матэрыялам і падкладкай становіцца слабой68, 138, 168. У выніку адчувальнасць і стабільнасць датчыка значна пагаршаюцца, і прадукцыйнасць становіцца ўзнаўляльнай.Іншыя метады вырабу, такія як распыленне, ALD, імпульснае лазернае нанясенне (PLD) і фізічнае нанясенне з паравай фазы (PVD), дазваляюць вырабляць двухслойныя або шматслойныя MOS-плёнкі непасрэдна на крэмніевых або гліназёмных падкладках з малюнкам.Гэтыя метады пазбягаюць назапашвання адчувальных матэрыялаў, забяспечваюць узнаўляльнасць датчыкаў і дэманструюць магчымасць буйнамаштабнай вытворчасці плоскіх тонкаплёнкавых датчыкаў.Аднак адчувальнасць гэтых плоскіх плёнак у цэлым значна ніжэйшая, чым у 3D-нанаструктураваных матэрыялаў з-за іх малой удзельнай плошчы паверхні і нізкай газапранікальнасці41,174.Новыя стратэгіі вырошчвання гетэрананаструктур MOS у пэўных месцах на структураваных мікрачыпах і дакладны кантроль памеру, таўшчыні і марфалогіі адчувальных матэрыялаў маюць вырашальнае значэнне для недарагога вырабу датчыкаў узроўню пласцін з высокай узнаўляльнасцю і адчувальнасцю.Напрыклад, Лю і соавт.174 прапанаваў камбінаваную стратэгію "зверху ўніз" і "знізу ўверх" для вырабу высокапрадукцыйных крышталітаў шляхам вырошчвання in situ нанасценак Ni(OH)2 у пэўных месцах..Вафлі для микропечей.
Акрамя таго, таксама важна ўлічваць уплыў вільготнасці на датчык у практычных прымяненнях.Малекулы вады могуць канкурыраваць з малекуламі кіслароду за месцы адсорбцыі ў матэрыялах датчыка і ўплываць на адказнасць датчыка за мэтавы газ.Як і кісларод, вада дзейнічае як малекула праз фізічную сорбцыю, а таксама можа існаваць у выглядзе гідраксільных радыкалаў або гідраксільных груп на розных станцыях акіслення праз хемасорбцыю.Акрамя таго, з-за высокага ўзроўню і зменлівай вільготнасці навакольнага асяроддзя надзейная рэакцыя датчыка на мэтавы газ з'яўляецца вялікай праблемай.Для вырашэння гэтай праблемы было распрацавана некалькі стратэгій, такіх як папярэдняе канцэнтраванне газу177, кампенсацыя вільгаці і метады перакрыжаванай рэактыўнай рашоткі178, а таксама метады сушкі179,180.Аднак гэтыя метады дарагія, складаныя і зніжаюць адчувальнасць датчыка.Было прапанавана некалькі недарагіх стратэгій для падаўлення ўздзеяння вільготнасці.Напрыклад, упрыгожванне SnO2 наначасціцамі Pd можа спрыяць пераўтварэнню адсарбаванага кіслароду ў аніённыя часціцы, у той час як функцыяналізацыя SnO2 матэрыяламі з высокай блізкасцю да малекул вады, такімі як NiO і CuO, з'яўляецца двума спосабамі прадухіліць залежнасць вільгаці ад малекул вады..Датчыкі 181, 182, 183. Акрамя таго, уплыў вільготнасці можа быць зменшаны шляхам выкарыстання гідрафобных матэрыялаў для фарміравання гідрафобных паверхняў36,138,184,185.Аднак распрацоўка вільгацеўстойлівых датчыкаў газу ўсё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі, і для вырашэння гэтых праблем патрабуюцца больш прасунутыя стратэгіі.
У заключэнне можна сказаць, што павышэнне эфектыўнасці выяўлення (напрыклад, адчувальнасць, селектыўнасць, нізкая аптымальная рабочая тэмпература) было дасягнута шляхам стварэння МОП-гетэранананаструктур, і былі прапанаваны розныя палепшаныя механізмы выяўлення.Пры вывучэнні адчувальнага механізму таго ці іншага датчыка неабходна таксама ўлічваць геаметрычную структуру прылады.Для далейшага паляпшэння прадукцыйнасці датчыкаў газу і вырашэння праблем, якія застаюцца ў будучыні, спатрэбяцца даследаванні новых матэрыялаў для адчуванняў і перадавых стратэгій вытворчасці.Для кантраляванай налады характарыстык сэнсара неабходна сістэматычна выбудоўваць сувязь паміж метадам сінтэзу матэрыялаў сэнсара і функцыяй гетэрананаструктур.Акрамя таго, вывучэнне павярхоўных рэакцый і змяненняў у гетэраінтэрфейсах з выкарыстаннем сучасных метадаў характарыстыкі можа дапамагчы высветліць механізмы іх успрымання і даць рэкамендацыі па распрацоўцы датчыкаў на аснове гетэрананаструктураваных матэрыялаў.Нарэшце, вывучэнне сучасных стратэгій вытворчасці датчыкаў можа дазволіць вырабляць мініяцюрныя датчыкі газу на ўзроўні пласцін для іх прамысловага прымянення.
Гензель Н. Н. і інш.Падоўжнае даследаванне ўзроўню дыяксіду азоту ў памяшканні і рэспіраторных сімптомаў у дзяцей з астмай у гарадскіх раёнах.наваколле.Перспектыва здароўя.116, 1428–1432 (2008).


Час публікацыі: 04 лістапада 2022 г