• Ішкі көміртегі тотығы көміртегі диоксиді метан хлоры және басқа да көп параметрлі газ детекторы дабыл құралы

Ішкі көміртегі тотығы көміртегі диоксиді метан хлоры және басқа да көп параметрлі газ детекторы дабыл құралы

Қоршаған ортаны бақылау, қауіпсіздік, медициналық диагностика және ауыл шаруашылығы салаларында өнімділігі жоғары, портативті және миниатюризацияланған газ датчиктерін әзірлеуге көбірек назар аударылуда.Әртүрлі анықтау құралдарының ішінде метал-оксидті-жартылай өткізгіш (MOS) химиялық төзімді газ датчиктері жоғары тұрақтылыққа, төмен бағаға және жоғары сезімталдыққа байланысты коммерциялық қолданбалар үшін ең танымал таңдау болып табылады.Датчиктің өнімділігін одан әрі жақсартудың маңызды тәсілдерінің бірі MOS наноматериалдарынан наноөлшемді MOS негізіндегі гетеройысуларды (гетеро-наноқұрылымды MOS) құру болып табылады.Дегенмен, гетеронаноқұрылымды MOS сенсорының сезу механизмі бір MOS газ сенсорынан ерекшеленеді, өйткені ол өте күрделі.Датчиктің жұмысына әртүрлі параметрлер, соның ішінде сезімтал материалдың физикалық және химиялық қасиеттері (түйіршік өлшемі, ақаудың тығыздығы және материалдағы оттегінің бос орындары), жұмыс температурасы және құрылғы құрылымы әсер етеді.Бұл шолуда гетерогенді наноқұрылымды MOS сенсорларының сезімталдық механизмін талдау арқылы жоғары өнімді газ датчиктерін жобалау үшін бірнеше тұжырымдамалар ұсынылған.Сонымен қатар, сезімтал материал мен жұмыс электроды арасындағы байланыспен анықталатын құрылғының геометриялық құрылымының әсері талқыланады.Сенсорлық әрекетті жүйелі түрде зерттеу үшін бұл мақала әртүрлі гетеронаноқұрылымды материалдарға негізделген құрылғылардың үш типтік геометриялық құрылымын қабылдаудың жалпы механизмін енгізеді және талқылайды.Бұл шолу газ датчиктерінің сезімтал механизмдерін зерттейтін және жоғары өнімді газ датчиктерін жасайтын болашақ оқырмандар үшін нұсқаулық болады.
Ауаның ластануы барған сайын күрделі мәселе және адамдар мен тіршілік иелерінің әл-ауқатына қауіп төндіретін күрделі жаһандық экологиялық проблема болып табылады.Газ тәріздес ластаушы заттардың ингаляциясы тыныс алу органдарының аурулары, өкпе рагы, лейкоз және тіпті мезгілсіз өлім сияқты көптеген денсаулық проблемаларын тудыруы мүмкін1,2,3,4.2012-2016 жылдар аралығында ауаның ластануынан миллиондаған адамдар қайтыс болды, ал жыл сайын миллиардтаған адамдар ауа сапасының нашарлығына ұшырады5.Сондықтан нақты уақыт режимінде кері байланыс пен жоғары анықтау өнімділігін (мысалы, сезімталдық, селективтілік, тұрақтылық, жауап беру және қалпына келтіру уақыттары) қамтамасыз ете алатын портативті және шағын газ датчиктерін жасау маңызды.Қоршаған ортаны бақылаудан басқа, газ сенсорлары қауіпсіздік6,7,8, медициналық диагностика9,10, аквамәдениет11 және басқа салаларда12 маңызды рөл атқарады.
Бүгінгі күні әртүрлі зондтау механизмдеріне негізделген бірнеше портативті газ датчиктері енгізілді, мысалы, оптикалық13,14,15,16,17,18, электрохимиялық19,20,21,22 және химиялық резистивті сенсорлар23,24.Олардың ішінде металл-оксидті-жартылай өткізгіш (MOS) химиялық резистивті датчиктер жоғары тұрақтылығы мен төмен құнына байланысты коммерциялық қолдануда ең танымал болып табылады25,26.Ластаушы концентрацияны MOS кедергісінің өзгеруін анықтау арқылы анықтауға болады.1960 жылдардың басында ZnO жұқа қабықшаларына негізделген алғашқы химиялық төзімді газ датчиктері газды анықтау саласында үлкен қызығушылық тудырды27,28.Бүгінгі күні көптеген әртүрлі MOS газға сезімтал материалдар ретінде пайдаланылады және оларды физикалық қасиеттеріне қарай екі санатқа бөлуге болады: n-типті MOS зарядтардың көпшілігі ретінде электрондары бар және саңылаулары бар p-типті MOS көпшілігі заряд тасымалдаушылары.заряд тасымалдаушылар.Жалпы алғанда, p-типті MOS n-типті MOS-қа қарағанда танымал емес, өйткені p-типті MOS (Sp) индуктивті реакциясы n-типті MOS квадрат түбірімен пропорционалды (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) бірдей болжамдар бойынша (мысалы, бірдей морфологиялық құрылым және ауадағы жолақтардың иілуінің бірдей өзгеруі) 29,30.Дегенмен, бір негізді MOS сенсорлары әлі де анықтау шегінің жеткіліксіздігі, төмен сезімталдық және практикалық қолданбаларда селективтілік сияқты мәселелерге тап болады.Селективтілік мәселелері белгілі бір дәрежеде сенсорлар массивтерін («электрондық мұрындар» деп аталады) жасау және оқыту векторын кванттау (LVQ), негізгі компоненттерді талдау (PCA) және ішінара ең кіші квадраттарды (PLS) талдау сияқты есептеу талдау алгоритмдерін қосу арқылы белгілі бір дәрежеде шешілуі мүмкін31 , 32, 33, 34, 35. Сонымен қатар, аз өлшемді MOS32,36,37,38,39 (мысалы, бір өлшемді (1D), 0D және 2D наноматериалдар) өндірісі, сондай-ақ басқа наноматериалдарды пайдалану ( Мысалы, MOS40,41,42, асыл металл нанобөлшектері (NPs))43,44, көміртекті наноматериалдар45,46 және өткізгіш полимерлер47,48) жоғарыда аталған мәселелерді шешудің басқа қолайлы тәсілдері болып табылады.Дәстүрлі қалың MOS пленкаларымен салыстырғанда, жоғары үлестік ауданы бар төмен өлшемді MOS газды адсорбциялау үшін белсендірек орындарды қамтамасыз ете алады және газ диффузиясын жеңілдетеді36,37,49.Сонымен қатар, MOS негізіндегі гетеронаноқұрылымдардың дизайны гетероинтерфейстегі тасымалдаушы тасымалдауды одан әрі баптай алады, бұл әртүрлі жұмыс функцияларына байланысты қарсылықтың үлкен өзгеруіне әкеледі50,51,52.Сонымен қатар, MOS гетеронаноқұрылымдарын жобалау кезінде орын алатын кейбір химиялық әсерлер (мысалы, каталитикалық белсенділік және синергиялық беттік реакциялар) да сенсордың жұмысын жақсарта алады.50,53,54 MOS гетеронаноқұрылымдарын жобалау және жасау жақсарту үшін перспективалы тәсіл болар еді. сенсор өнімділігі, заманауи химиорезистивті сенсорлар әдетте сынақ пен қатені пайдаланады, бұл уақытты қажет етеді және тиімсіз.Сондықтан MOS негізіндегі газ датчиктерінің сезімталдық механизмін түсіну маңызды, себебі ол жоғары өнімді бағыттаушы сенсорлардың дизайнын бағыттай алады.
Соңғы жылдары MOS газ сенсорлары қарқынды дамып, кейбір есептер MOS наноқұрылымдары55,56,57, бөлме температурасының газ сенсорлары58,59, арнайы MOS сенсорлық материалдары60,61,62 және арнайы газ сенсорлары63 туралы жарияланды.Басқа шолулардағы шолу мақаласы оттегінің бос орындарының рөлін 64, гетеронаноқұрылымдардың 55, 65 рөлін және гетероинтерфейстердегі зарядты тасымалдауды 66 қоса алғанда, MOS-тың физикалық және химиялық қасиеттеріне негізделген газ датчиктерінің сезіну механизмін түсіндіруге бағытталған. , көптеген басқа параметрлер сенсордың жұмысына әсер етеді, соның ішінде гетероструктура, түйір өлшемі, жұмыс температурасы, ақау тығыздығы, оттегінің бос орындары және тіпті сезімтал материалдың ашық кристалдық жазықтықтары25,67,68,69,70,71.72, 73. Дегенмен, сенсорлық материал мен жұмыс электродының арасындағы қатынаспен анықталатын құрылғының (сирек аталатын) геометриялық құрылымы да сенсордың сезімталдығына айтарлықтай әсер етеді74,75,76 (толығырақ ақпарат алу үшін 3 бөлімді қараңыз) .Мысалы, Кумар және т.б.77 бір материалға негізделген екі газ датчигі туралы хабарлады (мысалы, TiO2@NiO және NiO@TiO2 негізіндегі екі қабатты газ датчиктері) және құрылғының әртүрлі геометрияларына байланысты NH3 газының кедергісінің әртүрлі өзгерістерін байқады.Сондықтан газды сезу механизмін талдау кезінде құрылғының құрылымын ескеру қажет.Бұл шолуда авторлар әртүрлі гетерогенді наноқұрылымдар мен құрылғы құрылымдарының MOS негізіндегі анықтау механизмдеріне назар аударады.Бұл шолу газды анықтау механизмдерін түсініп, талдағысы келетін оқырмандар үшін нұсқаулық бола алады және болашақта жоғары өнімді газ датчиктерін дамытуға үлес қоса алады деп сенеміз.
Суретте.1а бір MOS негізіндегі газды сезу механизмінің негізгі моделін көрсетеді.Температура жоғарылағанда, MOS бетіндегі оттегі (O2) молекулаларының адсорбциясы MOS-тен электрондарды тартып, аниондық түрлерді (мысалы, O2- және O-) құрайды.Содан кейін, MOS 15, 23, 78 бетінде n-типті MOS үшін электронды сарқылу қабаты (EDL) немесе p-типті MOS үшін саңылау жинақтау қабаты (HAL) пайда болады. O2 және MOS арасындағы өзара әрекеттесу. MOS бетінің MOS өткізгіштік жолағын жоғары қарай иіп, потенциалды тосқауыл түзеді.Кейіннен сенсорға мақсатты газ әсер еткенде, MOS бетінде адсорбцияланған газ иондық оттегі түрлерімен әрекеттеседі, не электрондарды тартады (тотықтырғыш газ) немесе электрондарды береді (газды қалпына келтіреді).Мақсатты газ мен MOS арасындағы электронды тасымалдау EDL немесе HAL30,81 енін реттей алады, нәтижесінде MOS сенсорының жалпы кедергісі өзгереді.Мысалы, тотықсыздандырғыш газ үшін электрондар тотықсыздандырғыш газдан n-типті MOS-қа ауысады, нәтижесінде EDL төмен және n-типті сенсор әрекеті деп аталатын қарсылық төмен болады.Керісінше, p-типті MOS p-типті сезімталдық әрекетін анықтайтын тотықсыздандырғыш газға ұшыраған кезде, HAL азаяды және электрондардың берілуіне байланысты қарсылық артады.Тотықтырғыш газдар үшін сенсордың реакциясы газдарды азайтуға қарсы болады.
Тотықсыздандыратын және тотықтыратын газдарға арналған n-типті және p-типті MOS үшін негізгі анықтау механизмдері b Жартылай өткізгішті газ датчиктеріне қатысатын негізгі факторлар мен физикалық-химиялық немесе материалдық қасиеттер 89
Негізгі анықтау механизмінен басқа, практикалық газ датчиктерінде қолданылатын газды анықтау механизмдері өте күрделі.Мысалы, газ сенсорын нақты пайдалану пайдаланушының қажеттіліктеріне байланысты көптеген талаптарға (сезімталдық, таңдаулылық және тұрақтылық сияқты) сәйкес келуі керек.Бұл талаптар сезімтал материалдың физикалық және химиялық қасиеттерімен тығыз байланысты.Мысалы, Xu және т.б.71 SnO2 негізіндегі сенсорлар кристалл диаметрі (d) SnO271 Debye ұзындығына (λD) тең немесе одан екі есе аз болғанда ең жоғары сезімталдыққа қол жеткізетінін көрсетті.d ≤ 2λD болғанда, O2 молекулалары адсорбцияланғаннан кейін SnO2 толығымен таусылады, ал датчиктің тотықсыздандырғыш газға реакциясы максималды болады.Бұған қоса, әртүрлі басқа параметрлер сенсордың жұмысына әсер етуі мүмкін, соның ішінде жұмыс температурасы, кристалдық ақаулар және тіпті сезімтал материалдың ашық кристалдық жазықтықтары.Атап айтқанда, жұмыс температурасының әсері мақсатты газдың адсорбция және десорбция жылдамдығы арасындағы ықтимал бәсекелестікпен, сондай-ақ адсорбцияланған газ молекулалары мен оттегі бөлшектері арасындағы беттік реактивтілікпен түсіндіріледі4,82.Кристалл ақауларының әсері оттегінің бос орындарының мазмұнымен қатты байланысты [83, 84].Сенсордың жұмысына ашық кристалды беттердің әртүрлі реактивтілігі де әсер етуі мүмкін67,85,86,87.Тығыздығы төмен ашық кристалдық жазықтықтар беттік адсорбция мен реактивтілікке ықпал ететін жоғары энергиясы бар келісілмеген металл катиондарын көрсетеді88.1-кестеде бірнеше негізгі факторлар және олармен байланысты жақсартылған қабылдау механизмдері келтірілген.Сондықтан, осы материал параметрлерін реттеу арқылы анықтау өнімділігін жақсартуға болады және сенсор жұмысына әсер ететін негізгі факторларды анықтау өте маңызды.
Yamazoe89 және Shimanoe және т.б.68,71 сенсорды қабылдаудың теориялық механизмі бойынша бірқатар зерттеулер жүргізді және сенсор жұмысына әсер ететін үш тәуелсіз негізгі факторды ұсынды, атап айтқанда рецептор функциясы, түрлендіргіш функциясы және утилита (Cурет 1b)..Рецепторлық функция деп MOS бетінің газ молекулаларымен әрекеттесу қабілетін айтады.Бұл функция MOS химиялық қасиеттерімен тығыз байланысты және шетелдік акцепторларды (мысалы, металл NPs және басқа MOS) енгізу арқылы айтарлықтай жақсартуға болады.Түрлендіргіш функциясы газ бен MOS беті арасындағы реакцияны MOS түйіршік шекаралары басым электрлік сигналға түрлендіру мүмкіндігін білдіреді.Осылайша, сенсорлық функцияға MOC бөлшектерінің мөлшері мен шетелдік рецепторлардың тығыздығы айтарлықтай әсер етеді.Katoch және т.б.90 ZnO-SnO2 нанофибрилдерінің түйір өлшемін азайту нәтижесінде түрлендіргіштің функционалдығына сәйкес келетін көптеген гетероикциялардың пайда болуына және сенсорлық сезімталдықтың жоғарылауына әкелді.Wang және т.б.91 Zn2GeO4 дәндерінің әртүрлі өлшемдерін салыстырды және астық шекараларын енгізгеннен кейін сенсор сезімталдығының 6,5 есе жоғарылауын көрсетті.Утилита - ішкі MOS құрылымына газдың қолжетімділігін сипаттайтын сенсор өнімділігінің тағы бір негізгі факторы.Егер газ молекулалары еніп, ішкі MOS-пен әрекеттесе алмаса, сенсордың сезімталдығы төмендейді.Пайдалылығы белгілі бір газдың диффузиялық тереңдігімен тығыз байланысты, ол сезгіш материалдың кеуектеріне байланысты.Сақай т.б.92 сенсордың түтін газдарына сезімталдығын модельдеді және газдың молекулалық салмағы да, сенсор мембранасының кеуекті радиусы да сенсор мембранасындағы әртүрлі газ диффузиялық тереңдіктеріндегі сенсордың сезімталдығына әсер ететінін анықтады.Жоғарыдағы талқылау рецептор функциясын, түрлендіргіш функциясын және утилитаны теңестіру және оңтайландыру арқылы жоғары өнімді газ сенсорларын жасауға болатынын көрсетеді.
Жоғарыдағы жұмыс бір MOS қабылдаудың негізгі механизмін түсіндіреді және MOS өнімділігіне әсер ететін бірнеше факторларды талқылайды.Осы факторлардан басқа, гетероструктураларға негізделген газ сенсорлары сенсор мен рецепторлардың функцияларын айтарлықтай жақсарту арқылы сенсор жұмысын одан әрі жақсарта алады.Сонымен қатар, гетеронаноқұрылымдар каталитикалық реакцияларды күшейту, зарядтың тасымалдануын реттеу және көбірек адсорбция алаңдарын құру арқылы сенсор жұмысын одан әрі жақсарта алады.Бүгінгі күні MOS гетеронаноқұрылымдарына негізделген көптеген газ датчиктері жақсартылған сезіну механизмдерін талқылау үшін зерттелді95,96,97.Миллер және т.б.55 гетеронаноқұрылымдардың сезімталдығын жақсартуы мүмкін бірнеше механизмдерді қорытындылады, соның ішінде бетіне тәуелді, интерфейске тәуелді және құрылымға тәуелді.Олардың ішінде интерфейске тәуелді күшейту механизмі барлық интерфейстік өзара әрекеттесулерді бір теорияда қамту үшін тым күрделі, өйткені гетеронаноқұрылымды материалдарға негізделген әртүрлі датчиктер (мысалы, nn-гетероқосылыс, pn-гетереқосылу, pp-гетереқосылу және т.б.) қолданылуы мүмкін. .Шоттки түйіні).Әдетте, MOS негізіндегі гетеронаноқұрылымды сенсорлар әрқашан екі немесе одан да көп жетілдірілген сенсор механизмдерін қамтиды98,99,100.Бұл күшейту механизмдерінің синергетикалық әсері сенсорлық сигналдарды қабылдау мен өңдеуді күшейте алады.Осылайша, гетерогенді наноқұрылымды материалдарға негізделген сенсорларды қабылдау механизмін түсіну зерттеушілерге олардың қажеттіліктеріне сәйкес төменнен жоғары газ сенсорларын әзірлеуге көмектесу үшін өте маңызды.Сонымен қатар, құрылғының геометриялық құрылымы да сенсордың 74, 75, 76 сезімталдығына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Датчиктің мінез-құлқын жүйелі түрде талдау үшін әртүрлі гетеронаноқұрылымды материалдарға негізделген үш құрылғы құрылымының зондтау механизмдері ұсынылатын болады. және төменде талқыланады.
MOS негізіндегі газ датчиктерінің қарқынды дамуымен әртүрлі гетеро-наноқұрылымды MOS ұсынылды.Гетероинтерфейстегі зарядтың тасымалдануы компоненттердің әртүрлі Ферми деңгейлеріне (Ef) байланысты.Гетероинтерфейсте электрондар Ферми деңгейлері тепе-теңдікке жеткенше үлкен Ef бар бір жағынан екінші жағына азырақ Ef-пен қозғалады, ал тесіктер керісінше.Содан кейін гетероинтерфейстегі тасымалдаушылар таусылып, таусылған қабат түзеді.Датчик мақсатты газға ұшырағаннан кейін, гетеронаноқұрылымды MOS тасымалдаушысының концентрациясы кедергі биіктігі сияқты өзгереді, осылайша анықтау сигналын күшейтеді.Сонымен қатар, гетеронаноқұрылымдарды жасаудың әртүрлі әдістері материалдар мен электродтар арасындағы әртүрлі қатынастарға әкеледі, бұл құрылғының әртүрлі геометрияларына және әртүрлі сезу механизмдеріне әкеледі.Бұл шолуда біз құрылғының үш геометриялық құрылымын ұсынып, әрбір құрылым үшін сезімталдық механизмін талқылаймыз.
Гетеройысулар газды анықтау өнімділігінде өте маңызды рөл атқарса да, бүкіл сенсордың құрылғы геометриясы анықтау әрекетіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін, өйткені сенсордың өткізгіш арнасының орны құрылғы геометриясына өте тәуелді.Мұнда гетеройыспалы MOS құрылғыларының үш типтік геометриясы қарастырылған, 2-суретте көрсетілгендей. Бірінші типте екі MOS қосылымы екі электрод арасында кездейсоқ бөлінеді, ал өткізгіш арнаның орны негізгі MOS арқылы анықталады, екіншісі электродқа тек бір MOS қосылған кезде әртүрлі MOS-дан гетерогенді наноқұрылымдарды қалыптастыру.электрод қосылған, содан кейін өткізгіш арна әдетте MOS ішінде орналасады және тікелей электродқа қосылады.Үшінші типте екі материал екі электродқа бөлек бекітіліп, құрылғыны екі материал арасында қалыптасқан гетерекоммуникация арқылы бағыттайды.
Қосылыстар арасындағы сызықша (мысалы, «SnO2-NiO») екі компоненттің жай араласатынын көрсетеді (I тип).Екі қосылым арасындағы «@» белгісі (мысалы, «SnO2@NiO») тірек материалының (NiO) II типті сенсор құрылымы үшін SnO2 безендірілгенін көрсетеді.Қиғаш сызық (мысалы, «NiO/SnO2») III типті сенсор дизайнын көрсетеді.
MOS композиттеріне негізделген газ датчиктері үшін екі MOS элементі электродтар арасында кездейсоқ бөлінеді.MOS композиттерін дайындау үшін көптеген өндіріс әдістері әзірленді, соның ішінде золь-гель, копреципитация, гидротермиялық, электр иіру және механикалық араластыру әдістері98,102,103,104.Жақында металл орталықтары мен органикалық байланыстырғыштардан тұратын кеуекті кристалды құрылымды материалдар класы болып табылатын металл-органикалық қаңқалар (MOF) кеуекті MOS композиттерін дайындау үшін шаблондар ретінде пайдаланылды105,106,107,108.Айта кету керек, MOS композиттерінің пайызы бірдей болғанымен, сезімталдық сипаттамалары әртүрлі өндірістік процестерді пайдаланған кезде айтарлықтай өзгеруі мүмкін.109,110 Мысалы, Gao et al.109 бірдей атомдық қатынасы бар MoO3±SnO2 композиттеріне негізделген екі сенсорды жасады. ( Mo:Sn = 1:1.9) және әртүрлі дайындау әдістері әртүрлі сезімталдыққа әкелетінін анықтады.Шапошник және т.б.110 бірлесе тұндырылған SnO2-TiO2 газ тәрізді H2 реакциясы, тіпті бірдей Sn/Ti қатынасында болса да механикалық араласқан материалдардан ерекшеленетінін хабарлады.Бұл айырмашылық MOP және MOP кристаллит өлшемі арасындағы қатынас әртүрлі синтез әдістерімен өзгеретіндіктен туындайды109,110.Түйіршіктердің мөлшері мен пішіні донордың тығыздығы мен жартылай өткізгіш түрі бойынша сәйкес болған кезде, байланыс геометриясы өзгермесе 110 жауап өзгеріссіз қалуы керек.Staerz және т.б.111 SnO2-Cr2O3 өзек-қабық (CSN) нан талшықтары мен жердегі SnO2-Cr2O3 CSN-нің анықтау сипаттамалары дерлік бірдей болғанын хабарлады, бұл нанофибра морфологиясы ешқандай артықшылық ұсынбайды.
Әр түрлі дайындау әдістерінен басқа, екі түрлі MOSFET-тің жартылай өткізгіш түрлері де сенсордың сезімталдығына әсер етеді.Екі MOSFET бір типті жартылай өткізгішті (nn немесе pp өткелі) немесе әртүрлі типті (pn түйісу) болуына қарай оны екі санатқа бөлуге болады.Газ датчиктері бір типті MOS композиттеріне негізделген кезде, екі MOS-ның молярлық қатынасын өзгерту арқылы сезімталдықтың жауап сипаттамасы өзгеріссіз қалады, ал сенсордың сезімталдығы nn- немесе pp-гетеройысулар санына байланысты өзгереді.Композитте бір компонент басым болған кезде (мысалы, 0,9 ZnO-0,1 SnO2 немесе 0,1 ZnO-0,9 SnO2), өткізгіштік арна доминантты MOS арқылы анықталады, оны гомо-өткізу арнасы 92 деп атайды.Екі құрамдас бөліктің арақатынастары салыстырмалы болған кезде өткізгіштік арнада гетероидты қосылыс басым болады98,102.Yamazoe және т.б.112,113 екі құрамдас бөліктің гетеробайланыс аймағы сенсордың сезімталдығын айтарлықтай жақсарта алатынын хабарлады, өйткені компоненттердің әртүрлі жұмыс функцияларына байланысты пайда болған гетерекоммуникациялық кедергі электрондардың әсеріне ұшыраған сенсордың дрейфтік қозғалғыштығын тиімді басқара алады.Әртүрлі сыртқы газдар 112,113.Суретте.3а-суретте әртүрлі ZnO мазмұны бар (0-ден 10 моль % Zn) SnO2-ZnO талшықты иерархиялық құрылымдарға негізделген сенсорлар этанолды таңдамалы түрде анықтай алатынын көрсетеді.Олардың ішінде SnO2-ZnO талшықтары (7 моль.% Zn) негізіндегі датчик гетероидтардың көп санының түзілуіне және меншікті бетінің ұлғаюына байланысты ең жоғары сезімталдықты көрсетті, бұл түрлендіргіштің қызметін арттырып, жақсартты. сезімталдық 90 Дегенмен, ZnO құрамының одан әрі 10 моль.%-ға дейін артуы кезінде микроқұрылымды SnO2-ZnO композиті бетінің белсендіру аймақтарын орап, сенсордың сезімталдығын төмендете алады85.Ұқсас тенденция NiO-NiFe2O4 pp әр түрлі Fe/Ni қатынасы бар гетероидациялық композиттерге негізделген сенсорлар үшін де байқалады (3б-сурет)114.
SnO2-ZnO талшықтарының (7 моль.% Zn) SEM суреттері және 260 ° C температурада 100 ppm концентрациясы бар әртүрлі газдарға сенсорлық реакция;54b Таза NiO және NiO-NiFe2O4 композиттеріне негізделген датчиктердің жауаптары 50 ppm әртүрлі газдар, 260 °C;114 (c) xSnO2-(1-x)Co3O4 құрамындағы түйіндер санының схемалық диаграммасы және 10 ppm CO, ацетон, C6H6 және SO2 үшін xSnO2-(1-x)Co3O4 құрамының сәйкес қарсылық пен сезімталдық реакциялары. Sn/Co 98 молярлық қатынасын өзгерту арқылы 350 °C газ
pn-MOS композиттері MOS115 атомдық қатынасына байланысты әртүрлі сезімталдық әрекетін көрсетеді.Жалпы алғанда, MOS композиттерінің сенсорлық әрекеті сенсор үшін негізгі өткізгіш арна ретінде қандай MOS әрекет ететініне өте тәуелді.Сондықтан композиттердің пайыздық құрамы мен наноқұрылымын сипаттау өте маңызды.Ким және т.б.98 электроспиннинг арқылы xSnO2 ± (1-x)Co3O4 композиттік наноталшықтарының сериясын синтездеу және олардың сенсорлық қасиеттерін зерттеу арқылы бұл қорытындыны растады.Олар SnO2-Co3O4 композиттік сенсорының әрекеті SnO2 пайызын азайту арқылы n-түрінен p-түріне ауысатынын байқады (3c-сурет)98.Сонымен қатар, гетероидациялық басым сенсорлар (0,5 SnO2-0,5 Co3O4 негізінде) гомо-қосылу басым сенсорлармен салыстырғанда (мысалы, жоғары SnO2 немесе Co3O4 сенсорлары) C6H6 үшін ең жоғары беру жылдамдығын көрсетті.0,5 SnO2-0,5 Co3O4 негізіндегі сенсорға тән жоғары кедергі және оның сенсордың жалпы кедергісін модуляциялау қабілеті оның C6H6-ға ең жоғары сезімталдығына ықпал етеді.Сонымен қатар, SnO2-Co3O4 гетероинтерфейстерінен туындайтын тордың сәйкес келмеу ақаулары газ молекулалары үшін артықшылықты адсорбция алаңдарын жасай алады, осылайша сенсордың реакциясын жақсартады109,116.
Жартылай өткізгіш типті MOS-тан басқа, MOS композиттерінің жанасу әрекетін MOS-117 химиясы арқылы реттеуге болады.Huo et al.117 Co3O4-SnO2 композиттерін дайындау үшін қарапайым суда пісіру әдісін қолданды және Co/Sn молярлық қатынасы 10% болғанда сенсор H2-ге p-типті анықтау реакциясын және n-типті сезімталдықты көрсетті. H2.жауап.CO, H2S және NH3 газдарына сенсорлық жауаптар 4a117 суретте көрсетілген.Төмен Co/Sn қатынасында SnO2±SnO2 нано түйіршікті шекараларында көптеген гомотүйіндер пайда болады және H2-ге n-типті сенсорлық жауаптарды көрсетеді (4b,c-суреттер)115.Co/Sn қатынасының 10 мольге дейін жоғарылауымен.%, SnO2-SnO2 гомотүйіндерінің орнына бір мезгілде көптеген Co3O4-SnO2 гетеройысулары түзілді (4г-сурет).Co3O4 H2-ге қатысты белсенді емес, ал SnO2 Н2-мен күшті әрекеттесетіндіктен, H2-нің иондық оттегі түрлерімен реакциясы негізінен SnO2117 бетінде жүреді.Сондықтан электрондар SnO2-ге ауысады және Ef SnO2 өткізгіштік зонасына ауысады, ал Ef Co3O4 өзгеріссіз қалады.Нәтижесінде сенсордың кедергісі артады, бұл жоғары Co/Sn қатынасы бар материалдардың p-типті сезу әрекетін көрсететінін көрсетеді (Cурет 4e).Керісінше, CO, H2S және NH3 газдары SnO2 және Co3O4 беттеріндегі иондық оттегі түрлерімен әрекеттеседі және электрондар газдан сенсорға ауысады, нәтижесінде кедергі биіктігі мен n-типті сезімталдық төмендейді (4f-сурет)..Бұл әртүрлі сенсор әрекеті әртүрлі газдармен Co3O4 әртүрлі реактивтілігіне байланысты, оны әрі қарай Yin және т.б. растады.118 .Сол сияқты, Каточ және т.б.119 SnO2-ZnO композиттерінің жақсы селективтілігі және H2-ге жоғары сезімталдығы бар екенін көрсетті.Бұл мінез-құлық ZnO120,121 металдануына әкелетін H-ның s-орбиталы мен O-ның p-орбиталының арасындағы күшті гибридтену нәтижесінде H атомдары ZnO-ның O позицияларына оңай адсорбциялануы мүмкін болғандықтан туындайды.
a H2, CO, NH3 және H2S сияқты типтік тотықсыздандыратын газдар үшін Co/Sn-10% динамикалық кедергі қисықтары, b, c H2 үшін төмен % m кезінде Co3O4/SnO2 композиттік зондтау механизмінің диаграммасы.Co/Sn, df Co3O4 H2 және CO, H2S және NH3 жоғары Co/Sn/SnO2 композитті анықтау механизмі
Сондықтан, біз сәйкес дайындау әдістерін таңдау, композиттердің түйіршік мөлшерін азайту және MOS композиттерінің молярлық қатынасын оңтайландыру арқылы I типті сенсордың сезімталдығын жақсарта аламыз.Сонымен қатар, сезімтал материалдың химиясын терең түсіну сенсордың селективтілігін одан әрі арттыра алады.
II типті сенсорлық құрылымдар - бір «басты» наноматериалды және екінші немесе тіпті үшінші наноматериалды қоса алғанда, әртүрлі гетерогенді наноқұрылымды материалдарды пайдалана алатын тағы бір танымал сенсор құрылымы.Мысалы, нанобөлшектермен безендірілген бір өлшемді немесе екі өлшемді материалдар, өзек-қабық (CS) және көп қабатты гетеронаноқұрылымды материалдар II типті сенсорлық құрылымдарда әдетте қолданылады және олар төменде егжей-тегжейлі талқыланады.
Бірінші гетеронаноқұрылымдық материал үшін (әшекейленген гетеронаноқұрылым), 2b(1)-суретте көрсетілгендей, сенсордың өткізгіш арналары негізгі материалмен қосылған.Гетеройысулардың пайда болуына байланысты модификацияланған нанобөлшектер газды адсорбциялау немесе десорбциялау үшін көбірек реактивті орындарды қамтамасыз ете алады, сондай-ақ сезу өнімділігін жақсарту үшін катализатор ретінде әрекет ете алады109,122,123,124.Юан және т.б.41 WO3 наноөткізгіштерін CeO2 нанодоттарымен безендіру CeO2@WO3 гетероинтерфейсінде және CeO2 бетінде көбірек адсорбция алаңдарын қамтамасыз ете алатынын және ацетонмен реакция үшін химиялық сорбцияланған оттегі түрлерін тудыратынын атап өтті.Гунаван және т.б.125. Бір өлшемді Au@α-Fe2O3 негізіндегі ультра жоғары сезімталдықты ацетон сенсоры ұсынылды және сенсордың сезімталдығы оттегі көзі ретінде O2 молекулаларының активтенуі арқылы басқарылатыны байқалды.Au NPs болуы ацетонның тотығуы үшін оттегі молекулаларының торлы оттегіге диссоциациялануына ықпал ететін катализатор ретінде әрекет етуі мүмкін.Осыған ұқсас нәтижелерді Чой және т.б.9 мұнда Pt катализаторы адсорбцияланған оттегі молекулаларын иондалған оттегі түрлеріне диссоциациялау және ацетонға сезімталдықты күшейту үшін пайдаланылды.2017 жылы дәл сол зерттеу тобы 5126-суретте көрсетілгендей, биметаллдық нанобөлшектердің жалғыз асыл металл нанобөлшектеріне қарағанда катализде әлдеқайда тиімді екенін көрсетті. 5a - платина негізіндегі биметалл (PtM) NPs үшін апоферритин жасушаларын қолданатын өндіріс процесінің схемасы. орташа өлшемі 3 нм-ден аз.Содан кейін ацетонға немесе H2S-ке сезімталдық пен селективтілікті арттыру үшін электроспиннинг әдісін қолдана отырып, PtM@WO3 наноталшықтары алынды (5b–g сурет).Жақында бір атомды катализаторлар (МАК) атомдарды пайдаланудың максималды тиімділігі мен реттелген электронды құрылымдардың арқасында катализ және газды талдау саласында тамаша каталитикалық өнімділікті көрсетті127,128.Шин және т.б.129 газды анықтау үшін Pt@MCN@SnO2 кірістірілген талшықтарды дайындау үшін химиялық көздер ретінде Pt-SA анкерленген көміртегі нитриді (MCN), SnCl2 және PVP нанопарақтарын пайдаланды.Pt@MCN өте төмен (мас. 0,13% -дан 0,68 масса% дейін) қарамастан, газ тәрізді формальдегид Pt@MCN@SnO2 анықтау өнімділігі басқа анықтамалық үлгілерден (таза SnO2, MCN@SnO2 және Pt NPs@) жоғары. SnO2)..Бұл тамаша анықтау өнімділігін Pt SA катализаторының максималды атомдық тиімділігіне және SnO2129 белсенді учаскелерінің минималды қамтуына жатқызуға болады.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) нанобөлшектерін алу үшін апоферритинмен жүктелген инкапсуляция әдісі;bd таза WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 және Pt-NiO@WO3 наноталшықтарының динамикалық газға сезімталдық қасиеттері;мысалы, PtPd@WO3, PtRn@WO3 және Pt-NiO@WO3 наноталшықты сенсорлардың 1 ppm кедергі газының 126 таңдағыштық қасиеттеріне негізделген.
Сонымен қатар, тірек материалдары мен нанобөлшектердің арасында пайда болған гетеройындар сенсор жұмысын жақсарту үшін радиалды модуляция механизмі арқылы өткізгіш арналарды тиімді модуляциялай алады130,131,132.Суретте.6а-суретте газдарды тотықсыздандыратын және тотықтыратын таза SnO2 және Cr2O3@SnO2 нано сымдарының сенсорлық сипаттамалары және сәйкес сенсорлық механизмдер131 көрсетілген.Таза SnO2 наноөткізгіштерімен салыстырғанда, Cr2O3@SnO2 наноөткізгіштерінің тотықсыздандырғыш газдарға реакциясы айтарлықтай жоғарылайды, ал тотықтырғыш газдарға реакциясы нашарлайды.Бұл құбылыстар SnO2 наноөткізгіштерінің өткізгіштік арналарының түзілген pn гетереқосылуының радиалды бағыттағы жергілікті тежелуімен тығыз байланысты.Датчиктің кедергісін қалпына келтіретін және тотықтыратын газдардың әсерінен кейін таза SnO2 нано сымдарының бетіндегі EDL енін өзгерту арқылы жай реттеуге болады.Дегенмен, Cr2O3@SnO2 наноөткізгіштері үшін SnO2 наноөткізгіштерінің ауадағы бастапқы DEL-і таза SnO2 наноөткізгіштерімен салыстырғанда жоғарылайды, ал гетеройысудың пайда болуына байланысты өткізгіш арна басылады.Сондықтан, сенсорға тотықсыздандырғыш газ әсер еткенде, ұсталған электрондар SnO2 наноөткізгіштеріне шығарылады және EDL күрт төмендейді, нәтижесінде таза SnO2 наноөткізгіштеріне қарағанда жоғары сезімталдық пайда болады.Керісінше, тотықтырғыш газға ауысқанда, DEL кеңеюі шектеледі, нәтижесінде сезімталдық төмен болады.Осыған ұқсас сенсорлық жауап нәтижелерін Choi және т.б., 133 бақылаған, онда p-типті WO3 нанобөлшектерімен безендірілген SnO2 наноөткізгіштері азайтатын газдарға сенсорлық реакцияны айтарлықтай жақсартты, ал n-әшекейленген SnO2 сенсорлары тотықтырғыш газдарға сезімталдықты жақсартты.TiO2 нанобөлшектері (6б-сурет) 133. Бұл нәтиже негізінен SnO2 және MOS (TiO2 немесе WO3) нанобөлшектерінің әртүрлі жұмыс функцияларына байланысты.p-типті (n-типті) нанобөлшектерде қаңқалық материалдың (SnO2) өткізгіштік арнасы радиалды бағытта кеңейеді (немесе жиырылады), содан кейін тотықсыздану (немесе тотығу) әсерінен одан әрі кеңейеді (немесе қысқарады). газдың SnO2 өткізгіш арнасының – қабырғасы (6б-сурет).
Модификацияланған LF MOS арқылы индукцияланған радиалды модуляция механизмі.а Таза SnO2 және Cr2O3@SnO2 наноөткізгіштері негізінде 10 ppm тотықсыздандыратын және тотықтыратын газдарға газ реакцияларының қысқаша мазмұны және сәйкес сезгіш механизмнің схемалық диаграммалары;және WO3@SnO2 нанотерсектерінің сәйкес схемалары және анықтау механизмі133
Екіқабатты және көпқабатты гетероструктуралық құрылғыларда құрылғының өткізгіш арнасында электродтармен тікелей жанасатын қабат (әдетте төменгі қабат) басым болады, ал екі қабаттың интерфейсінде пайда болған гетеройысу төменгі қабаттың өткізгіштігін басқара алады. .Сондықтан, газдар үстіңгі қабатпен әрекеттескенде, олар төменгі қабаттың өткізгіш арналарына және құрылғының кедергісіне 134 айтарлықтай әсер етуі мүмкін.Мысалы, Кумар және т.б.77 NH3 үшін TiO2@NiO және NiO@TiO2 қос қабаттарының қарама-қарсы әрекетін хабарлады.Бұл айырмашылық екі сенсордың өткізгіштік арналары әртүрлі материалдардың қабаттарында (тиісінше NiO және TiO2) басым болғандықтан туындайды, содан кейін астындағы өткізгіш арналардағы вариациялар әртүрлі болады77.
Екі қабатты немесе көп қабатты гетеронаноқұрылымдар әдетте шашырату, атомдық қабат тұндыру (ALD) және центрифугалау арқылы жасалады56,70,134,135,136.Пленканың қалыңдығы мен екі материалдың жанасу аймағын жақсы басқаруға болады.7a және b суреттері этанолды анықтау үшін шашырату арқылы алынған NiO@SnO2 және Ga2O3@WO3 нанофильмдерін көрсетеді135,137.Дегенмен, бұл әдістер әдетте жалпақ қабыршақтарды шығарады және бұл жалпақ пленкалар 3D наноқұрылымды материалдарға қарағанда төмен меншікті бетінің ауданы мен газ өткізгіштігіне байланысты сезімталдығы төмен.Сондықтан, әртүрлі иерархиялары бар екі қабатты пленкаларды өндіруге арналған сұйық фазалық стратегия, сондай-ақ бетінің нақты ауданын ұлғайту арқылы қабылдау өнімділігін жақсарту үшін ұсынылды41,52,138.Zhu et al139 H2S анықтау үшін SnO2 нано сымдары (ZnO@SnO2 наносымдары) үстінен жоғары реттелген ZnO наноөткізгіштерін шығару үшін шашырату және гидротермиялық әдістерді біріктірді (7c-сурет).Оның 1 ppm H2S әсеріне реакциясы шашыраған ZnO@SnO2 нанофильмдеріне негізделген сенсорға қарағанда 1,6 есе жоғары.Лю және т.б.52 термиялық жасыту арқылы иерархиялық SnO2@NiO наноқұрылымдарын жасау үшін екі сатылы in situ химиялық тұндыру әдісін қолданатын жоғары өнімді H2S сенсоры туралы хабарлады (сурет 10d).Кәдімгі шашыратылған SnO2@NiO қос қабатты қабықшалармен салыстырғанда, SnO2@NiO иерархиялық қос қабатты құрылымының сезімталдық көрсеткіштері меншікті бетінің ауданын ұлғайту есебінен айтарлықтай жақсарды52,137.
MOS негізіндегі екі қабатты газ сенсоры.этанолды анықтауға арналған NiO@SnO2 нанофильмі;137b Ga2O3@WO3 этанолды анықтауға арналған нанофильм;H2S анықтау үшін 135c жоғары реттелген SnO2@ZnO екі қабатты иерархиялық құрылым;139d SnO2@NiO екіқабатты H2S52 анықтауға арналған иерархиялық құрылым.
Өзек-қабық гетеронаноқұрылымдарына (CSHN) негізделген II типті құрылғыларда өткізгіш арналар ішкі қабықпен шектелмегендіктен, сезу механизмі күрделірек.Өндіріс жолы да, қаптаманың қалыңдығы да (hs) өткізгіш арналардың орнын анықтай алады.Мысалы, төменнен жоғарыға синтез әдістерін пайдаланған кезде өткізгіш арналар әдетте ішкі ядромен шектеледі, ол құрылымы жағынан екі қабатты немесе көп қабатты құрылғы құрылымдарына ұқсас (2б(3)-сурет) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 CSHN NiO@α-Fe2O3 және CuO@α-Fe2O3 алудың төменнен жоғары әдісі туралы хабарлады, онда өткізгіш арна орталық бөлікпен шектелген α-Fe2O3 наношоғырларында NiO немесе CuO NP қабатын қою арқылы.(нанотерсектер α-Fe2O3).Лю және т.б.142 сонымен қатар кремний наноөткізгіштерінің дайындалған массивтеріне TiO2 қою арқылы CSHN TiO2 @ Si негізгі бөлігіне өткізгіш арнаны шектей алды.Сондықтан оның сезімталдығы (p-типі немесе n-типі) тек кремний наноөткізгішінің жартылай өткізгіш түріне байланысты.
Дегенмен, CSHN негізіндегі сенсорлардың көпшілігі (2б(4)-сурет) синтезделген CS материалының ұнтақтарын чиптерге тасымалдау арқылы жасалған.Бұл жағдайда сенсордың өткізгіштік жолына корпустың қалыңдығы (hs) әсер етеді.Ким тобы газды анықтау өнімділігіне hs әсерін зерттеді және ықтимал анықтау механизмін ұсынды100,112,145,146,147,148. Бұл құрылымның сезімталдық механизміне екі фактор ықпал етеді деп есептеледі: (1) қабықтың EDL радиалды модуляциясы және (2) электр өрісінің жағылу әсері (8-сурет) 145. Зерттеушілер өткізгіштік арнаны атап өтті. тасымалдаушылардың көпшілігі қабық қабатының hs > λD кезінде қабық қабатымен шектеледі145. Бұл құрылымның сезімталдық механизміне екі фактор ықпал етеді деп есептеледі: (1) қабықтың EDL радиалды модуляциясы және (2) электр өрісінің жағылу әсері (8-сурет) 145. Зерттеушілер өткізгіштік арнаны атап өтті. тасымалдаушылардың көпшілігі қабық қабатының hs > λD кезінде қабық қабатымен шектеледі145. Считается, что в механизме всприятия этой құрылымды екі факторға әсер етеді: (1) радиальді модуляция ДЭС оболочки және (2) эффект размытия электрического поля (8 рис.) 145. λD оболочки145. Бұл құрылымды қабылдау механизміне екі фактор қатысады деп есептеледі: (1) қабықтың EDL-нің радиалды модуляциясы және (2) электр өрісінің бұлыңғырлану әсері (8-сурет) 145. Зерттеушілер бұл туралы атап өтті. тасымалдаушы өткізгіш арна негізінен hs > λD қабықтар145 болғанда қабықшамен шектеледі.Бұл құрылымды анықтау механизміне екі фактор ықпал етеді деп есептеледі: (1) қабықтың DEL радиалды модуляциясы және (2) электр өрісінің жағылуының әсері (8-сурет) 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。山屳 > 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 основном ограничено оболочкой. Зерттеушілер қабықтың өткізгіштік арнасы hs > λD145 болғанда, тасымалдаушылардың саны негізінен қабықпен шектелетінін атап өтті.Сондықтан CSHN негізіндегі сенсордың резистивті модуляциясында DEL қаптамасының радиалды модуляциясы басым болады (8а-сурет).Дегенмен, қабықтың hs ≤ λD кезінде қабықпен адсорбцияланған оттегі бөлшектері мен CS гетероидысында пайда болған гетероидациялық электрондар толығымен таусылған. Сондықтан өткізгіш арна тек қабық қабатының ішінде ғана емес, ішінара өзек бөлігінде де орналасады, әсіресе қабық қабатының hs < λD кезінде. Сондықтан өткізгіш арна тек қабық қабатының ішінде ғана емес, ішінара өзек бөлігінде де орналасады, әсіресе қабық қабатының hs < λD кезінде. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, бірақ и частично в сердцевинной части, особенно при hs < λD оболочечного слоя. Сондықтан өткізгіш арна тек қабық қабатының ішінде ғана емес, ішінара өзек бөлігінде, әсіресе қабық қабатының hs < λD жерінде орналасады.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部漌尤其是当壳hs层 hs <λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, бірақ и частично в сердцевине, особенно при hs < λD оболочки. Сондықтан өткізгіш арна тек қабықтың ішінде ғана емес, ішінара өзекте де, әсіресе қабықтың hs < λD-де орналасады.Бұл жағдайда толық таусылған электронды қабық та, жартылай таусылған өзек қабаты да бүкіл CSHN кедергісін модуляциялауға көмектеседі, нәтижесінде электр өрісінің құйрық әсері пайда болады (8б-сурет).Кейбір басқа зерттеулер hs әсерін талдау үшін электр өрісінің орнына EDL көлемдік фракция тұжырымдамасын пайдаланды100,148.Осы екі үлесті ескере отырып, CSHN кедергісінің жалпы модуляциясы 8c-суретте көрсетілгендей hs λD қабықшасымен салыстыруға болатын кезде ең үлкен мәнге жетеді.Сондықтан CSHN үшін оңтайлы hs λD қабықшасына жақын болуы мүмкін, бұл эксперименттік бақылауларға сәйкес келеді99,144,145,146,149.Бірнеше зерттеулер hs CSHN негізіндегі pn-гетеробайланыс сенсорларының сезімталдығына да әсер етуі мүмкін екенін көрсетті40,148.Ли және т.б.148 және Bai et al.40 қаптаманың ALD циклін өзгерту арқылы TiO2@CuO және ZnO@NiO сияқты pn-гетероидациялық CSHN сенсорларының өнімділігіне hs әсерін жүйелі түрде зерттеді.Нәтижесінде сенсорлық мінез-құлық hs40,148 артуымен p-түрінен n-түріне өзгерді.Бұл мінез-құлық бастапқыда (ALD циклдарының шектеулі санымен) гетероқұрылымдарды модификацияланған гетеронаноқұрылымдар ретінде қарастыруға болатындығына байланысты.Осылайша, өткізгіш арна негізгі қабатпен шектеледі (p-типті MOSFET), ал сенсор p-типті анықтау әрекетін көрсетеді.ALD циклдарының саны артқан сайын қаптама қабаты (n-типті MOSFET) квазиүздіксіз болады және өткізгіш арна ретінде әрекет етеді, нәтижесінде n-типті сезімталдық пайда болады.Ұқсас сенсорлық өтпелі мінез-құлық pn тармақталған гетеронаноқұрылымдар үшін хабарланды 150,151.Чжоу және т.б.150 Zn2SnO4@Mn3O4 тармақталған гетеронаноқұрылымдардың сезімталдығын Mn3O4 нано сымдарының бетіндегі Zn2SnO4 мазмұнын бақылау арқылы зерттеді.Mn3O4 бетінде Zn2SnO4 ядролары пайда болған кезде p-типті сезімталдық байқалды.Zn2SnO4 мазмұнының одан әрі жоғарылауымен тармақталған Zn2SnO4@Mn3O4 гетеронаноқұрылымдарына негізделген сенсор n-типті сенсор әрекетіне ауысады.
CS нано сымдарының екі функционалды сенсорлық механизмінің тұжырымдамалық сипаттамасы көрсетілген.a Электроны азайған қабықшалардың радиалды модуляциясына байланысты қарсылық модуляциясы, b Қарсылық модуляциясына жағылудың теріс әсері және c Екі әсердің комбинациясы нәтижесіндегі CS нано сымдарының жалпы қарсылық модуляциясы 40
Қорытындылай келе, II типті сенсорлар көптеген әртүрлі иерархиялық наноқұрылымдарды қамтиды және сенсордың өнімділігі өткізгіш арналардың орналасуына өте тәуелді.Сондықтан сенсордың өткізгіш арнасының орнын бақылау және II типті сенсорлардың кеңейтілген зондтау механизмін зерттеу үшін сәйкес гетеронаноқұрылымды MOS моделін пайдалану өте маңызды.
III типті сенсорлық құрылымдар өте кең таралған емес және өткізгіштік арна сәйкесінше екі электродқа қосылған екі жартылай өткізгіштер арасында қалыптасқан гетерекоммуникацияға негізделген.Бірегей құрылғы құрылымдары әдетте микро өңдеу әдістері арқылы алынады және олардың сезу механизмдері алдыңғы екі сенсорлық құрылымдардан өте ерекшеленеді.ІІІ типті сенсордың IV қисығы әдетте гетеройысудың пайда болуына байланысты типтік түзету сипаттамаларын көрсетеді48,152,153.Идеал гетероидталыстың I–V сипаттамалық қисығын гетероидты қосылыс бөгетінің биіктігі бойынша электрон эмиссиясының термиондық механизмі арқылы сипаттауға болады152,154,155.
мұндағы Va – ығысу кернеуі, А – құрылғы ауданы, k – Больцман тұрақтысы, T – абсолютті температура, q – тасымалдаушы заряд, Jn және Jp – сәйкесінше саңылау және электронды диффузиялық токтың тығыздығы.IS кері қанықтыру тогын білдіреді, келесі түрде анықталады: 152,154,155
Демек, pn гетеройысуының толық тогы заряд тасымалдаушылардың концентрациясының өзгеруіне және (3) және (4) 156 теңдеулерде көрсетілгендей, гетеройысу кедергісінің биіктігінің өзгеруіне байланысты.
мұндағы nn0 және pp0 - n-типті (p-типті) MOS-дағы электрондардың (саңылаулардың) концентрациясы, \(V_{bi}^0\) - кірістірілген потенциал, Dp (Dn) - диффузия коэффициенті электрондар (саңылаулар), Ln (Lp ) – электрондардың (саңылаулардың) диффузиялық ұзындығы, ΔEv (ΔEc) – гетеройысудағы валенттік зонаның (өткізу аймағының) энергетикалық ығысуы.Токтың тығыздығы тасымалдаушы тығыздығына пропорционал болса да, ол \(V_{bi}^0\) мәніне экспоненциалды түрде кері пропорционал.Демек, ток тығыздығының жалпы өзгерісі гетероидациялық кедергінің биіктігінің модуляциясына қатты тәуелді.
Жоғарыда айтылғандай, гетеро-наноқұрылымды MOSFET құру (мысалы, I және II типті құрылғылар) жеке құрамдас бөліктерге қарағанда сенсордың жұмысын айтарлықтай жақсарта алады.Ал III типті құрылғылар үшін гетеронаноқұрылымдық жауап материалдың химиялық құрамына байланысты екі құрамдас48,153 немесе бір компоненттен76 жоғары болуы мүмкін.Бірнеше есептер гетеронаноқұрылымдардың реакциясы құрамдастардың бірі мақсатты газға сезімтал болмаған кезде бір компонентке қарағанда әлдеқайда жоғары екенін көрсетті48,75,76,153.Бұл жағдайда мақсатты газ тек сезімтал қабатпен әрекеттеседі және сезімтал қабаттың Ef ығысуын және гетероидациялық кедергінің биіктігінің өзгеруін тудырады.Сонда құрылғының жалпы тогы айтарлықтай өзгереді, өйткені ол теңдеу бойынша гетероидациялық кедергінің биіктігіне кері байланысты.(3) және (4) 48,76,153.Дегенмен, n-типті және p-типті құрамдастардың екеуі де мақсатты газға сезімтал болса, анықтау өнімділігі олардың арасында болуы мүмкін.José et al.76 шашырату арқылы кеуекті NiO/SnO2 қабықшасы NO2 сенсорын жасады және сенсордың сезімталдығы NiO негізіндегі сенсордан жоғары, бірақ SnO2 негізіндегі сенсордан төмен екенін анықтады.сенсор.Бұл құбылыс SnO2 мен NiO NO276-ға қарама-қарсы реакциялар көрсететініне байланысты.Сондай-ақ, екі компоненттің газға сезімталдығы әртүрлі болғандықтан, олар тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш газдарды анықтауға бірдей бейімділікке ие болуы мүмкін.Мысалы, Kwon et al.157 9а-суретте көрсетілгендей, қиғаш шашырату арқылы NiO/SnO2 pn-гетероидациялық газ сенсорын ұсынды.Бір қызығы, NiO/SnO2 pn-гетереқосылыс сенсоры H2 және NO2 үшін бірдей сезімталдық үрдісін көрсетті (9а-сурет).Бұл нәтижені шешу үшін Kwon et al.157 NO2 және H2 тасымалдаушы концентрациясын қалай өзгертетінін жүйелі түрде зерттеп, IV-сипаттамалар мен компьютерлік модельдеулерді пайдалана отырып, екі материалдың \(V_{bi}^0\) бапталған (9б-сурет).9b және c суреттері сәйкесінше p-NiO (pp0) және n-SnO2 (nn0) негізіндегі сенсорлардың тасымалдаушы тығыздығын H2 және NO2 өзгерту қабілетін көрсетеді.Олар p-типті NiO pp0 NO2 ортасында аздап өзгергенін, ал H2 ортасында күрт өзгеретінін көрсетті (9б-сурет).Алайда n-типті SnO2 үшін nn0 керісінше әрекет етеді (9в-сурет).Осы нәтижелерге сүйене отырып, авторлар NiO/SnO2 pn гетеройысуына негізделген сенсорға H2 қолданылғанда, nn0 ұлғаюы Jn ұлғаюына әкелді, ал \(V_{bi}^0\) жауаптың төмендеуі (9d-сурет).NO2 әсерінен кейін SnO2-дегі nn0-нің үлкен төмендеуі де, NiO-дағы pp0-нің аздап өсуі \(V_{bi}^0\) үлкен төмендеуіне әкеледі, бұл сенсорлық реакцияның жоғарылауын қамтамасыз етеді (9д-сурет). ) 157 Қорытындылай келе, тасымалдаушылар концентрациясының өзгеруі және \(V_{bi}^0\) жалпы токтың өзгеруіне әкеледі, бұл анықтау қабілетіне одан әрі әсер етеді.
Газ сенсорының сезгіш механизмі III типті құрылғының құрылымына негізделген.Сканерлеуші ​​электронды микроскопия (SEM) көлденең қимасының суреттері, p-NiO/n-SnO2 нанокойлка құрылғысы және H2 және NO2 үшін 200°C температурада p-NiO/n-SnO2 нанокойылғының гетереқосылу сенсорының сенсорлық қасиеттері;b , c-құрылғының көлденең қимасы SEM және p-NiO b қабаты және n-SnO2 c қабаты бар құрылғының модельдеу нәтижелері.b p-NiO сенсоры және c n-SnO2 сенсоры құрғақ ауада және H2 және NO2 әсерінен кейін I–V сипаттамаларын өлшейді және сәйкестендіреді.Sentaurus TCAD бағдарламалық құралының көмегімен p-NiO-дағы b-тесік тығыздығының екі өлшемді картасы және түс масштабы бар n-SnO2 қабатындағы c-электрондар картасы модельденді.d Құрғақ ауадағы p-NiO/n-SnO2, қоршаған ортадағы H2 және NO2157 3D картасын көрсететін модельдеу нәтижелері.
Материалдың өзінің химиялық қасиеттерінен басқа, III типті құрылғының құрылымы I және II типті құрылғылармен мүмкін емес, өздігінен жұмыс істейтін газ датчиктерін жасау мүмкіндігін көрсетеді.Өздеріне тән электр өрісі (BEF) болғандықтан, pn гетерекоммуникациялық диод құрылымдары әдетте фотоэлектрлік құрылғыларды құру үшін қолданылады және жарықтандыру кезінде бөлме температурасында өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ датчиктерін жасау мүмкіндігін көрсетеді74,158,159,160,161.Гетероинтерфейстегі BEF материалдардың Ферми деңгейлерінің айырмашылығынан туындаған, сонымен қатар электронды-тесік жұптарының бөлінуіне ықпал етеді.Өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ сенсорының артықшылығы оның аз қуат тұтынуы болып табылады, өйткені ол жарықтандыратын жарықтың энергиясын жұтып, содан кейін сыртқы қуат көзінсіз өзін немесе басқа миниатюралық құрылғыларды басқара алады.Мысалы, Tanuma және Sugiyama162 SnO2 негізіндегі поликристалды СО2 сенсорларын белсендіру үшін күн батареялары ретінде NiO/ZnO pn гетереқосылуларын жасады.Гад және т.б.74 10а-суретте көрсетілгендей, Si/ZnO@CdS pn гетеройысуына негізделген өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ сенсорын хабарлады.Тігінен бағдарланған ZnO наноөткізгіштері Si/ZnO pn гетеройысуларын қалыптастыру үшін p-типті кремний субстраттарында тікелей өсірілді.Содан кейін CdS нанобөлшектері ZnO нано сымдарының бетінде химиялық беттік модификация арқылы модификацияланды.Суретте.10a O2 және этанол үшін желіден тыс Si/ZnO@CdS сенсорының жауап нәтижелерін көрсетеді.Жарықтандыру кезінде Si/ZnO гетероинтерфейсіндегі BEP кезінде электронды-тесік жұптарының бөлінуіне байланысты ашық тізбектегі кернеу (Voc) қосылған диодтар санына байланысты сызықты түрде артады74,161.Voc теңдеу арқылы ұсынылуы мүмкін.(5) 156,
мұндағы ND, NA және Ni сәйкесінше донорлардың, акцепторлардың және меншікті тасымалдаушылардың концентрациясы, ал k, T және q алдыңғы теңдеудегідей бірдей параметрлер.Тотықтырғыш газдар әсер еткенде, олар ZnO нано сымдарынан электрондарды бөліп алады, бұл \(N_D^{ZnO}\) және Voc-тың төмендеуіне әкеледі.Керісінше, газды азайту Voc ұлғаюына әкелді (10а-сурет).ZnO-ны CdS нанобөлшектерімен безендіру кезінде CdS нанобөлшектеріндегі фотоқоздырылған электрондар ZnO өткізгіштік зонасына енгізіледі және адсорбцияланған газбен әрекеттеседі, осылайша қабылдау тиімділігін арттырады74,160.Si/ZnO негізіндегі ұқсас өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ сенсорын Хоффман және т.б.160, 161 (10б-сурет).Бұл сенсорды жұмыс функциясын реттеу үшін амин-функционалдық ZnO нанобөлшектерінің ([3-(2-аминоэтиламино)пропил]триметоксисилан) (амино-функцияланған-SAM) және тиолдың ((3-меркаптопропил)-функционалдық сызығының көмегімен дайындауға болады. NO2 селективті анықтауға арналған мақсатты газдың (триметоксисилан) (тиол-функционалдық-SAM)) (сурет 10b) 74,161.
III типті құрылғының құрылымына негізделген өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ сенсоры.Si/ZnO@CdS негізіндегі өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ сенсоры, өздігінен жұмыс істейтін датчик механизмі және күн сәулесінің астында тотыққан (O2) және азайған (1000 ppm этанол) газдарына жауап беретін сенсор;74b Si ZnO/ZnO датчиктеріне негізделген өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ сенсоры және ZnO SAM терминалдық аминдермен және тиолдармен функционалдық болғаннан кейін әртүрлі газдарға сенсорлық жауаптар 161
Сондықтан III типті датчиктердің сезімтал механизмін талқылағанда гетеройысу кедергісінің биіктігінің өзгеруін және газдың тасымалдаушы концентрациясына әсер ету қабілетін анықтау маңызды.Сонымен қатар, жарықтандыру газдармен әрекеттесетін фотогенерацияланған тасымалдаушыларды жасай алады, бұл өздігінен жұмыс істейтін газды анықтау үшін перспективалы болып табылады.
Осы әдебиеттік шолуда талқыланғандай, сенсор жұмысын жақсарту үшін көптеген әртүрлі MOS гетеронаноқұрылымдары жасалған.Web of Science дерекқорында әртүрлі түйінді сөздер (металл оксидінің композиттері, өзек-қабық металл оксидтері, қабатты металл оксидтері және өздігінен жұмыс істейтін газ анализаторлары), сондай-ақ ерекше сипаттамалар (молдық, сезімталдық/селективтілік, электр энергиясын өндіру әлеуеті, өндіріс) іздестірілді. .Әдіс Осы үш құрылғының үшеуінің сипаттамалары 2-кестеде көрсетілген. Жоғары өнімділік газ датчиктеріне арналған жалпы дизайн тұжырымдамасы Yamazoe ұсынған үш негізгі факторды талдау арқылы талқыланады.MOS гетероқұрылымдық сенсорларына арналған механизмдер Газ датчиктеріне әсер ететін факторларды түсіну үшін әртүрлі MOS параметрлері (мысалы, түйір өлшемі, жұмыс температурасы, ақау және оттегінің бос тығыздығы, ашық кристалдық жазықтықтар) мұқият зерттелді.Сенсордың сезу әрекеті үшін де маңызды болып табылатын құрылғы құрылымы елеусіз қалды және сирек талқыланды.Бұл шолуда құрылғы құрылымының үш типтік түрін анықтаудың негізгі механизмдері талқыланады.
I типті сенсордағы түйір өлшемінің құрылымы, өндіру әдісі және гетероидациялық материалдардың саны сенсордың сезімталдығына үлкен әсер етуі мүмкін.Сонымен қатар, сенсордың әрекетіне компоненттердің молярлық қатынасы да әсер етеді.II типті құрылғы құрылымдары (декоративті гетеронаноструктуралар, екі қабатты немесе көп қабатты пленкалар, HSSN) екі немесе одан да көп құрамдас бөліктерден тұратын ең танымал құрылғы құрылымдары болып табылады және электродқа тек бір компонент қосылады.Бұл құрылғы құрылымы үшін өткізгіш арналардың орналасуын және олардың салыстырмалы өзгерістерін анықтау қабылдау механизмін зерттеуде өте маңызды.II типті құрылғыларға көптеген әртүрлі иерархиялық гетеронаноқұрылымдар кіретіндіктен, көптеген әртүрлі сезу механизмдері ұсынылды.ІІІ типті сенсорлық құрылымда өткізгіштік арнада гетерекоммуникацияда түзілген гетерекоммуникация басым болады және қабылдау механизмі мүлде басқаша болады.Сондықтан III типті датчиктің нысана газына әсер еткеннен кейін гетеройысу кедергісінің биіктігінің өзгеруін анықтау маңызды.Бұл дизайнмен қуат тұтынуды азайту үшін өздігінен жұмыс істейтін фотоэлектрлік газ датчиктерін жасауға болады.Дегенмен, қазіргі өндіріс процесі біршама күрделі болғандықтан және сезімталдық дәстүрлі MOS негізіндегі химиялық төзімді газ датчиктерінен әлдеқайда төмен болғандықтан, өздігінен жұмыс істейтін газ датчиктерін зерттеуде әлі де көп прогресс бар.
Иерархиялық гетеронаноқұрылымдары бар газ MOS сенсорларының негізгі артықшылығы жылдамдық пен жоғары сезімталдық болып табылады.Дегенмен, MOS газ датчиктерінің кейбір негізгі проблемалары (мысалы, жоғары жұмыс температурасы, ұзақ мерзімді тұрақтылық, нашар селективтілік және қайталану, ылғалдылық әсерлері және т.б.) әлі де бар және оларды практикалық қолданбаларда пайдалану алдында шешуді қажет етеді.Қазіргі заманғы MOS газ сенсорлары әдетте жоғары температурада жұмыс істейді және көп қуат тұтынады, бұл сенсордың ұзақ мерзімді тұрақтылығына әсер етеді.Бұл мәселені шешудің екі жалпы тәсілі бар: (1) төмен қуатты сенсорлық чиптерді әзірлеу;(2) төмен температурада немесе тіпті бөлме температурасында жұмыс істей алатын жаңа сезімтал материалдарды әзірлеу.Төмен қуатты сенсорлық чиптерді әзірлеудің бір тәсілі керамика мен кремний негізіндегі микроқыздырғыш плиталарды жасау арқылы сенсордың өлшемін барынша азайту болып табылады163.Керамика негізіндегі микро қыздыру тақталары бір сенсор үшін шамамен 50–70 мВ тұтынады, ал оңтайландырылған кремний негізіндегі микро қыздыру тақталары 300 °C температурасында үздіксіз жұмыс істегенде бір сенсор үшін 2 мВт-тан аз ғана тұтына алады163,164.Жаңа зондтау материалдарын әзірлеу жұмыс температурасын төмендету арқылы қуат тұтынуды азайтудың тиімді әдісі болып табылады, сонымен қатар сенсордың тұрақтылығын жақсарта алады.Сенсордың сезімталдығын арттыру үшін MOS өлшемін азайту жалғасуда, MOS термиялық тұрақтылығы қиынырақ болады, бұл сенсор сигналында ауытқуға әкелуі мүмкін165.Сонымен қатар, жоғары температура гетероинтерфейсте материалдардың диффузиясына және аралас фазалардың пайда болуына ықпал етеді, бұл сенсордың электрондық қасиеттеріне әсер етеді.Зерттеушілер сенсордың оңтайлы жұмыс температурасын қолайлы сезімтал материалдарды таңдау және MOS гетеронаноқұрылымдарын дамыту арқылы төмендетуге болатынын хабарлайды.Жоғары кристалды MOS гетеронаноқұрылымдарын жасау үшін төмен температура әдісін іздеу тұрақтылықты жақсартудың тағы бір перспективалы тәсілі болып табылады.
MOS сенсорларының селективтілігі тағы бір практикалық мәселе болып табылады, өйткені әртүрлі газдар мақсатты газбен бірге өмір сүреді, ал MOS сенсорлары көбінесе бірнеше газға сезімтал және жиі айқаспалы сезімталдықты көрсетеді.Сондықтан мақсатты газға, сондай-ақ басқа газдарға сенсордың селективтілігін арттыру практикалық қолдану үшін өте маңызды.Соңғы бірнеше онжылдықта таңдау «электрондық мұрындар (E-мұрын)» деп аталатын газ датчиктерінің массивтерін құрастыру арқылы ішінара шешілді, мысалы, оқыту векторының кванттауы (LVQ), негізгі компоненттерді талдау (PCA), т.б. e.Жыныстық мәселелер.Ішінара ең кіші квадраттар (PLS) және т.б. 31, 32, 33, 34. Электрондық мұрынның қабілетін жақсарту үшін екі негізгі фактор (сезгіш материалдың түріне тығыз байланысты сенсорлардың саны және есептеу талдауы) маңызды. газдарды анықтау үшін169.Дегенмен, сенсорлардың санын көбейту әдетте көптеген күрделі өндірістік процестерді талап етеді, сондықтан электронды мұрындардың жұмысын жақсартудың қарапайым әдісін табу өте маңызды.Сонымен қатар, MOS-ті басқа материалдармен өзгерту де сенсордың таңдау қабілетін арттыруы мүмкін.Мысалы, NP Pd модификацияланған MOS жақсы каталитикалық белсенділігі арқасында H2 селективті анықтауға қол жеткізуге болады.Соңғы жылдары кейбір зерттеушілер 171,172 өлшемді алып тастау арқылы сенсорды таңдауды жақсарту үшін MOS MOF бетін қаптады.Осы жұмыстан шабыт алған материалды функционализациялау селективтілік мәселесін қандай да бір жолмен шешуі мүмкін.Дегенмен, дұрыс материалды таңдауда әлі де көп жұмыс істеу керек.
Бірдей шарттар мен әдістерде жасалған датчиктердің сипаттамаларының қайталануы кең ауқымды өндіріс пен практикалық қолданудың тағы бір маңызды талабы болып табылады.Әдетте, центрифугалау және батыру әдістері жоғары өткізу қабілеттілігі бар газ датчиктерін жасаудың арзан әдістері болып табылады.Дегенмен, бұл процестер кезінде сезімтал материал біріктірілуге ​​бейім және сезімтал материал мен негіз арасындағы байланыс әлсірейді68, 138, 168. Нәтижесінде сенсордың сезімталдығы мен тұрақтылығы айтарлықтай нашарлайды және өнімділік қайталанатын болады.Шашырату, ALD, импульстік лазерлік тұндыру (PLD) және физикалық бу тұндыру (PVD) сияқты өндірудің басқа әдістері екі қабатты немесе көп қабатты MOS пленкаларын тікелей өрнектелген кремний немесе алюминий тотығы астарларында өндіруге мүмкіндік береді.Бұл әдістер сезімтал материалдардың жиналуын болдырмайды, сенсорлардың қайталануын қамтамасыз етеді және жазық жұқа пленкалы сенсорларды ауқымды өндірудің орындылығын көрсетеді.Дегенмен, бұл жалпақ пленкалардың сезімталдығы 3D наноқұрылымды материалдардан әлдеқайда төмен, себебі олардың кішігірім меншікті бетінің ауданы және төмен газ өткізгіштігі41,174.Құрылымдық микромассивтердегі белгілі бір жерлерде MOS гетеронаноқұрылымдарын өсіру және сезімтал материалдардың өлшемін, қалыңдығын және морфологиясын дәл бақылаудың жаңа стратегиялары жоғары қайталану қабілеті мен сезімталдығы бар вафли деңгейіндегі сенсорларды арзан өндіру үшін өте маңызды.Мысалы, Лю т.б.174 нақты орындарда in situ Ni(OH)2 наноқабырғаларын өсіру арқылы жоғары өтімді кристаллиттер жасау үшін жоғарыдан төменге және төменнен жоғарыға біріктірілген стратегияны ұсынды..Микро қыздырғыштарға арналған вафлилер.
Сонымен қатар, практикалық қолданбаларда ылғалдылықтың сенсорға әсерін ескеру де маңызды.Су молекулалары сенсорлық материалдардағы адсорбция учаскелері үшін оттегі молекулаларымен бәсекелесе алады және сенсордың мақсатты газ үшін жауапкершілігіне әсер етеді.Оттегі сияқты су физикалық сорбция арқылы молекула ретінде әрекет етеді, сонымен қатар хемосорбция арқылы әртүрлі тотығу станцияларында гидроксил радикалдары немесе гидроксил топтары түрінде болуы мүмкін.Сонымен қатар, қоршаған ортаның жоғары деңгейі мен ауыспалы ылғалдылығына байланысты, сенсордың мақсатты газға сенімді жауап беруі үлкен мәселе болып табылады.Бұл мәселені шешу үшін газды алдын ала концентрациялау177, ылғалды компенсациялау және кросс-реактивті тор әдістері178, сондай-ақ кептіру әдістері179,180 сияқты бірнеше стратегиялар әзірленді.Дегенмен, бұл әдістер қымбат, күрделі және сенсордың сезімталдығын төмендетеді.Ылғалдылықтың әсерін басу үшін бірнеше қымбат емес стратегиялар ұсынылды.Мысалы, SnO2-ні Pd нанобөлшектерімен безендіру адсорбцияланған оттегінің аниондық бөлшектерге айналуына ықпал ете алады, ал SnO2-ні NiO және CuO сияқты су молекулаларына жоғары жақындығы бар материалдармен функционалдықтандыру су молекулаларына ылғалға тәуелділікті болдырмаудың екі жолы болып табылады..Датчиктер 181, 182, 183. Сонымен қатар, ылғалдылық әсерін гидрофобты беттерді қалыптастыру үшін гидрофобты материалдарды пайдалану арқылы да азайтуға болады36,138,184,185.Дегенмен, ылғалға төзімді газ датчиктерін әзірлеу әлі ерте сатыда және бұл мәселелерді шешу үшін неғұрлым озық стратегиялар қажет.
Қорытындылай келе, анықтау өнімділігін жақсартуға (мысалы, сезімталдық, селективтілік, төмен оңтайлы жұмыс температурасы) MOS гетеронаноқұрылымдарын жасау арқылы қол жеткізілді және әртүрлі жетілдірілген анықтау механизмдері ұсынылды.Белгілі бір сенсордың сезгіш механизмін зерттеген кезде құрылғының геометриялық құрылымын да ескеру қажет.Газ датчиктерінің жұмысын одан әрі жақсарту және болашақта қалған қиындықтарды шешу үшін жаңа зондтау материалдарын зерттеу және өндірістің озық стратегияларын зерттеу қажет болады.Сенсорлық сипаттамаларды бақыланатын баптау үшін сенсорлық материалдардың синтетикалық әдісі мен гетеронаноқұрылымдардың қызметі арасындағы байланысты жүйелі түрде құру қажет.Сонымен қатар, қазіргі заманғы сипаттау әдістерін қолдана отырып, беттік реакциялар мен гетероинтерфейстердегі өзгерістерді зерттеу оларды қабылдау механизмдерін түсіндіруге және гетеронаноқұрылымды материалдар негізінде сенсорларды әзірлеуге ұсыныстар беруге көмектеседі.Ақырында, сенсорларды жасаудың заманауи стратегияларын зерттеу олардың өнеркәсіптік қолданулары үшін вафли деңгейінде миниатюралық газ датчиктерін жасауға мүмкіндік береді.
Genzel, NN et al.Қалалық жерлерде демікпесі бар балалардағы азот диоксиді үй-жайларындағы деңгейлерді және тыныс алу белгілерін бойлық зерттеу.Көршілестік.Денсаулыққа деген көзқарас.116, 1428–1432 (2008).


Жіберу уақыты: 04 қараша 2022 ж