Devlopman pèfòmans segondè, detèktè gaz pòtab ak miniaturized ap vin ogmante atansyon nan domèn siveyans anviwònman an, sekirite, dyagnostik medikal ak agrikilti.Pami divès kalite zouti deteksyon, detèktè gaz chimyo-rezistans metal-oksid-semiconductor (MOS) se chwa ki pi popilè pou aplikasyon komèsyal akòz estabilite segondè yo, pri ki ba, ak sansiblite segondè.Youn nan apwòch ki pi enpòtan pou amelyore pèfòmans Capteur a se kreyasyon heterojunctions ki baze sou MOS nanozime (MOS etero-nanostructured) ki soti nan nanomateryo MOS.Sepandan, mekanis deteksyon nan yon Capteur MOS heteronanostructured diferan de sa yo ki nan yon sèl Capteur gaz MOS, kòm li se byen konplèks.Pèfòmans Capteur afekte pa divès paramèt, ki gen ladan pwopriyete fizik ak chimik materyèl sansib (tankou gwosè grenn, dansite defo, ak pòs oksijèn materyèl), tanperati opere, ak estrikti aparèy.Revizyon sa a prezante plizyè konsèp pou konsepsyon detèktè gaz pèfòmans segondè pa analize mekanis deteksyon nan detèktè MOS nanostructured etewojèn.Anplis de sa, enfliyans nan estrikti nan jeyometrik nan aparèy la, detèmine pa relasyon ki genyen ant materyèl la sansib ak elektwòd la k ap travay, yo diskite.Pou etidye konpòtman Capteur sistematik, atik sa a prezante ak diskite mekanis jeneral pèsepsyon twa estrikti tipik jewometrik nan aparèy ki baze sou divès kalite materyèl heteronanostructured.Apèsi sa a pral sèvi kòm yon gid pou lektè nan lavni ki etidye mekanis sansib nan detèktè gaz ak devlope detèktè gaz pèfòmans segondè.
Polisyon lè a se yon pwoblèm de pli zan pli grav ak yon pwoblèm anviwonmantal mondyal ki menase byennèt moun ak èt vivan.Rale nan polyan gaz ka lakòz anpil pwoblèm sante tankou maladi respiratwa, kansè nan poumon, lesemi e menm lanmò twò bonè1,2,3,4.Soti nan 2012 rive 2016, yo te rapòte dè milyon de moun ki te mouri nan polisyon nan lè a, epi chak ane, dè milya de moun te ekspoze a move kalite lè5.Se poutèt sa, li enpòtan pou devlope detèktè gaz pòtab ak miniaturize ki ka bay fidbak an tan reyèl ak pèfòmans deteksyon segondè (egzanp, sansiblite, selektivite, estabilite, ak repons ak tan rekiperasyon).Anplis de siveyans anviwònman an, detèktè gaz jwe yon wòl enpòtan anpil nan sekirite6,7,8, dyagnostik medikal9,10, akwakilti11 ak lòt domèn12.
Pou dat, plizyè detèktè gaz pòtab ki baze sou diferan mekanis deteksyon yo te prezante, tankou optical13,14,15,16,17,18, electrochemical19,20,21,22 ak pwodui chimik detèktè rezistans23,24.Nan mitan yo, metal-oksid-semiconductor (MOS) detèktè chimik rezistans yo se pi popilè nan aplikasyon komèsyal akòz estabilite segondè yo ak pri ki ba25,26.Ka konsantrasyon nan kontaminan dwe detèmine tou senpleman pa detekte chanjman nan rezistans MOS.Nan kòmansman ane 1960 yo, yo te rapòte premye detèktè gaz chimyo-rezistif ki baze sou fim mens ZnO, ki te kreye gwo enterè nan domèn deteksyon gaz27,28.Jodi a, anpil MOS diferan yo itilize kòm materyèl gaz sansib, epi yo ka divize an de kategori ki baze sou pwopriyete fizik yo: n-tip MOS ak elektwon kòm transpòtè chaj majorite ak p-tip MOS ak twou kòm transpòtè chaj majorite.transpòtè chaj yo.An jeneral, MOS p-tip mwens popilè pase MOS n-tip paske repons endiktif MOS p-tip (Sp) pwopòsyonèl ak rasin kare MOS n-tip (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) nan menm sipozisyon yo (pa egzanp, menm estrikti mòfolojik la ak menm chanjman nan koube bann yo nan lè a) 29,30.Sepandan, yon sèl-baz detèktè MOS toujou fè fas a pwoblèm tankou limit deteksyon ensifizan, ba sansiblite ak selektivite nan aplikasyon pratik.Pwoblèm selektivite yo ka adrese nan yon sèten mezi lè yo kreye etalaj de detèktè (yo rele "nen elektwonik") ak enkòpore algoritm analiz enfòmatik tankou quantization vektè fòmasyon (LVQ), analiz eleman prensipal (PCA), ak analiz pasyèl pi piti kare (PLS)31 , 32, 33, 34, 35. Anplis de sa, pwodiksyon MOS32,36,37,38,39 ki ba dimansyon (egzanp nanomateryèl ki genyen yon sèl dimansyon (1D), 0D ak 2D), osi byen ke itilizasyon lòt nanomateryèl ( eg MOS40,41,42, nòb metal nanoparticules (NPs))43,44, kabòn nanomaterials45,46 ak conducteurs polymers47,48) pou kreye heterojunctions nanokal (sa vle di, heteronanostructured MOS) se lòt apwòch préféré pou rezoud pwoblèm CI-dessus.Konpare ak fim tradisyonèl MOS epè, MOS ki ba dimansyon ak gwo sifas espesifik ka bay sit pi aktif pou adsorption gaz ak fasilite difizyon gaz36,37,49.Anplis de sa, desen an nan heteronanostructures ki baze sou MOS ka plis melodi transpò konpayi asirans nan heterointerface a, sa ki lakòz gwo chanjman nan rezistans akòz fonksyon opere diferan50,51,52.Anplis de sa, kèk nan efè chimik yo (egzanp, aktivite katalitik ak reyaksyon sifas sinèrjetik) ki rive nan desen an nan MOS heteronanostructures kapab tou amelyore pèfòmans Capteur.50,53,54 Malgre ke konsepsyon ak fabrike MOS heteronanostructures ta dwe yon apwòch pwomèt amelyore. pèfòmans detèktè, detèktè modèn chimyo-rezistan anjeneral sèvi ak esè ak erè, ki se tan konsome ak rezèvwa.Se poutèt sa, li enpòtan pou konprann mekanis deteksyon nan detèktè gaz ki baze sou MOS kòm li ka gide konsepsyon detèktè direksyon pèfòmans segondè.
Nan dènye ane yo, detèktè gaz MOS yo te devlope rapidman ak kèk rapò yo te pibliye sou MOS nanostructures55,56,57, detèktè gaz tanperati chanm58,59, materyèl detèktè MOS espesyal60,61,62 ak detèktè gaz espesyalite63.Yon papye revizyon nan lòt revizyon konsantre sou elisid mekanis deteksyon detèktè gaz ki baze sou pwopriyete fizik ak chimik intrinsèques MOS, ki gen ladan wòl pòs vid oksijèn 64, wòl heteronanostructures 55, 65 ak transfè chaj nan heterointerfaces 66. Anplis de sa. , anpil lòt paramèt afekte pèfòmans Capteur, ki gen ladan heterostructure, gwosè grenn, tanperati opere, dansite defo, pòs vid oksijèn, e menm avyon kristal louvri nan materyèl la sansib25,67,68,69,70,71.72, 73. Sepandan, (raman mansyone) estrikti jeyometrik nan aparèy la, detèmine pa relasyon ki genyen ant materyèl la deteksyon ak elektwòd la k ap travay, tou siyifikativman afekte sansiblite nan sensor74,75,76 (gade seksyon 3 pou plis detay) .Pou egzanp, Kumar et al.77 rapòte de detèktè gaz ki baze sou menm materyèl la (egzanp, detèktè gaz de-kouch ki baze sou TiO2@NiO ak NiO@TiO2) ak obsève chanjman diferan nan rezistans gaz NH3 akòz jeyometri aparèy diferan.Se poutèt sa, lè w ap analize yon mekanis gaz, li enpòtan pou w pran an kont estrikti aparèy la.Nan revizyon sa a, otè yo konsantre sou mekanis deteksyon ki baze sou MOS pou divès nanostrikti eterojèn ak estrikti aparèy.Nou kwè ke revizyon sa a ka sèvi kòm yon gid pou lektè ki vle konprann ak analize mekanis deteksyon gaz epi li ka kontribye nan devlopman detèktè gaz pèfòmans nan lavni.
Sou fig.1a montre modèl debaz yon mekanis deteksyon gaz ki baze sou yon sèl MOS.Kòm tanperati a monte, adsorption nan molekil oksijèn (O2) sou sifas MOS la pral atire elektwon ki soti nan MOS la epi fòme espès anionik (tankou O2- ak O-).Lè sa a, yon kouch elèktron appauvrissement (EDL) pou yon n-tip MOS oswa yon twou akimilasyon kouch (HAL) pou yon p-tip MOS Lè sa a, fòme sou sifas la nan MOS a 15, 23, 78. Entèraksyon ki genyen ant O2 ak la. MOS lakòz bann kondiksyon sifas MOS la pliye anwo epi fòme yon baryè potansyèl.Imedyatman, lè Capteur a ekspoze a gaz la sib, gaz la adsorbed sou sifas la nan MOS la reyaji ak espès oksijèn iyonik, swa atire elektwon (gaz oksidant) oswa bay elektwon (diminye gaz).Transfè elèktron ant gaz sib la ak MOS la ka ajiste lajè EDL oswa HAL30,81 sa ki lakòz yon chanjman nan rezistans an jeneral nan Capteur MOS la.Pou egzanp, pou yon gaz diminye, elektwon yo pral transfere soti nan gaz la diminye nan yon MOS n-kalite, sa ki lakòz yon EDL pi ba ak pi ba rezistans, ki refere yo kòm konpòtman Capteur n-kalite.Kontrèman, lè yon MOS p-tip ekspoze a yon gaz rediksyon ki detèmine konpòtman sansiblite p-tip, HAL la retresi ak rezistans a ogmante akòz don elèktron.Pou gaz oksidant, repons Capteur a opoze ak sa pou diminye gaz yo.
Mekanis deteksyon debaz pou MOS n-tip ak p-tip pou diminye ak oksidasyon gaz b Faktè kle ak pwopriyete fizik-chimik oswa materyèl ki enplike nan detèktè gaz semi-conducteurs 89
Apa de mekanis deteksyon debaz la, mekanis deteksyon gaz yo itilize nan detèktè gaz pratik yo byen konplèks.Pou egzanp, itilizasyon aktyèl la nan yon Capteur gaz dwe satisfè anpil kondisyon (tankou sansiblite, selektivite, ak estabilite) depann sou bezwen itilizatè a.Kondisyon sa yo gen rapò ak pwopriyete fizik ak chimik materyèl sansib la.Pou egzanp, Xu et al.71 demontre ke detèktè ki baze sou SnO2 reyalize sansiblite ki pi wo a lè dyamèt kristal (d) egal a oswa mwens pase de fwa longè Debye (λD) nan SnO271.Lè d ≤ 2λD, SnO2 konplètman apovri apre adsorption nan molekil O2, ak repons nan Capteur a nan gaz la diminye se maksimòm.Anplis de sa, divès lòt paramèt ka afekte pèfòmans Capteur, ki gen ladan tanperati opere, domaj kristal, e menm avyon kristal ekspoze nan materyèl la deteksyon.An patikilye, enfliyans nan tanperati opere a eksplike pa konpetisyon an posib ant pousantaj yo nan adsorption ak desorption nan gaz la sib, osi byen ke reyaksyon an sifas ant molekil gaz adsorbed ak patikil oksijèn4,82.Efè defo kristal yo fòtman ki gen rapò ak kontni an nan pòs vid oksijèn [83, 84].Operasyon an nan Capteur a kapab tou afekte pa reyaksyon diferan nan fas kristal louvri67,85,86,87.Avyon kristal louvri ak dansite pi ba revele kasyon metal ki pa kowòdone ak pi wo enèji, ki ankouraje adsorption sifas ak reyaksyon88.Tablo 1 bay lis plizyè faktè kle ak mekanis pèsepsyon amelyore ki asosye yo.Se poutèt sa, pa ajiste paramèt materyèl sa yo, pèfòmans deteksyon ka amelyore, epi li enpòtan pou detèmine faktè kle ki afekte pèfòmans Capteur.
Yamazoe89 ak Shimanoe et al.68,71 te fè yon kantite etid sou mekanis teyorik nan pèsepsyon Capteur ak pwopoze twa faktè kle endepandan ki enfliyanse pèfòmans Capteur, espesyalman fonksyon reseptè, fonksyon transducer, ak sèvis piblik (Fig. 1b)..Fonksyon reseptè refere a kapasite sifas MOS la pou kominike avèk molekil gaz.Fonksyon sa a gen rapò ak pwopriyete chimik MOS epi li ka amelyore anpil lè w entwodwi akseptè etranje (pa egzanp, NP metal ak lòt MOS).Fonksyon transducer la refere a kapasite pou konvèti reyaksyon ant gaz la ak sifas MOS la nan yon siyal elektrik domine pa limit grenn MOS la.Kidonk, fonksyon sansoryèl siyifikativman afekte pa gwosè patikil MOC ak dansite reseptè etranje yo.Katoch et al.90 rapòte ke rediksyon gwosè grenn nan nanofibrils ZnO-SnO2 te lakòz fòmasyon nan heterojunctions anpil ak ogmante sansiblite Capteur, ki konsistan avèk fonksyonalite transducer.Wang et al.91 konpare gwosè grenn divès kalite Zn2GeO4 epi li demontre yon ogmantasyon 6.5-pliye nan sansiblite Capteur apre entwodwi limit grenn jaden.Itilite se yon lòt faktè kle pèfòmans detèktè ki dekri disponiblite gaz nan estrikti entèn MOS la.Si molekil gaz yo pa ka antre epi reyaji ak MOS entèn la, sansiblite Capteur a ap redwi.Itilite a se pre relasyon ak pwofondè difizyon nan yon gaz patikilye, ki depann sou gwosè a pò nan materyèl la deteksyon.Sakai et al.92 modle sansiblite Capteur a nan gaz lafimen epi li te jwenn ke tou de pwa molekilè gaz la ak reyon pò nan manbràn Capteur a afekte sansiblite Capteur a nan diferan pwofondè difizyon gaz nan manbràn Capteur a.Diskisyon ki anwo a montre ke detèktè gaz pèfòmans segondè yo ka devlope pa balanse ak optimize fonksyon reseptè, fonksyon transducer, ak sèvis piblik.
Travay ki anwo a klarifye mekanis pèsepsyon debaz yon sèl MOS epi li diskite plizyè faktè ki afekte pèfòmans yon MOS.Anplis de sa nan faktè sa yo, detèktè gaz ki baze sou heterostructures ka plis amelyore pèfòmans Capteur pa siyifikativman amelyore Capteur ak fonksyon reseptè.Anplis de sa, heteronanostructures ka plis amelyore pèfòmans Capteur lè yo amelyore reyaksyon katalitik, reglemante transfè chaj, ak kreye plis sit adsorption.Pou dat, anpil detèktè gaz ki baze sou MOS heteronanostructures yo te etidye pou diskite sou mekanis pou deteksyon amelyore95,96,97.Miller et al.55 rezime plizyè mekanis ki gen anpil chans pou amelyore sansiblite heteronanostructures, ki gen ladan depandan sifas, depandan koòdone, ak depandan estrikti.Pami yo, mekanis anplifikasyon depandan koòdone a twò konplike pou kouvri tout entèraksyon koòdone nan yon sèl teyori, depi plizyè detèktè ki baze sou materyèl heteronanostructured (pa egzanp, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, elatriye) ka itilize. .ne Schottky).Tipikman, detèktè heteronanostructured ki baze sou MOS toujou gen ladan de oswa plis mekanis detèktè avanse98,99,100.Efè sinèrjetik mekanis anplifikasyon sa yo ka amelyore resepsyon ak pwosesis siyal detèktè yo.Kidonk, konprann mekanis pèsepsyon detèktè ki baze sou materyèl nanostrukture eterojèn enpòtan anpil pou ede chèchè yo devlope detèktè gaz anba-up an akò ak bezwen yo.Anplis de sa, estrikti nan jeyometrik nan aparèy la kapab tou siyifikativman afekte sansiblite nan Capteur a 74, 75, 76. Yo nan lòd yo sistematik analize konpòtman an nan Capteur a, yo pral prezante mekanis yo deteksyon nan twa estrikti aparèy ki baze sou diferan materyèl heteronanostructured. epi diskite anba a.
Avèk devlopman rapid nan detèktè gaz ki baze sou MOS, yo te pwopoze divès kalite MOS hetero-nanostructured.Transfè a chaj nan heterointerface a depann sou diferan nivo Fermi (Ef) nan eleman yo.Nan eterokoòdone a, elektwon deplase soti nan yon bò ak yon Ef pi gwo nan lòt bò a ak yon Ef ki pi piti jiskaske nivo Fermi yo rive nan ekilib, ak twou, vis vèrsa.Lè sa a, transpòtè yo nan heterointerface a apovri epi fòme yon kouch apovri.Yon fwa ke Capteur a ekspoze a gaz sib la, konsantrasyon transpòtè MOS heteronanostructured chanje, menm jan ak wotè baryè a, kidonk amelyore siyal deteksyon an.Anplis de sa, diferan metòd fabrike heteronanostructures mennen nan relasyon diferan ant materyèl ak elektwòd, ki mennen nan jeyometri aparèy diferan ak mekanis deteksyon diferan.Nan revizyon sa a, nou pwopoze twa estrikti aparèy jewometrik epi diskite sou mekanis deteksyon pou chak estrikti.
Malgre ke heterojunctions jwe yon wòl trè enpòtan nan pèfòmans deteksyon gaz, jeyometri aparèy nan Capteur a tout antye kapab tou siyifikativman enfliyanse konpòtman an deteksyon, depi kote a nan kanal la kondiksyon Capteur se trè depann sou jeyometri a aparèy.Twa jeyometri tipik nan aparèy heterojunction MOS yo diskite isit la, jan yo montre nan figi 2. Nan premye kalite a, de koneksyon MOS yo owaza distribye ant de elektwòd, epi kote kanal la kondiktif detèmine pa MOS prensipal la, dezyèm lan se la. fòmasyon nanostruktur etewojèn ki soti nan diferan MOS, pandan y ap yon sèl MOS konekte ak elektwòd la.se elektwòd konekte, Lè sa a, se kanal la konduktif anjeneral ki sitiye andedan MOS la epi li konekte dirèkteman ak elektwòd la.Nan twazyèm kalite a, de materyèl yo tache ak de elektwòd separeman, k ap gide aparèy la atravè yon heterojunction ki fòme ant de materyèl yo.
Yon tire ant konpoze (eg "SnO2-NiO") endike ke de eleman yo tou senpleman melanje (tip I).Yon siy "@" ant de koneksyon (egzanp "SnO2@NiO") endike ke materyèl la echafodaj (NiO) dekore ak SnO2 pou yon estrikti detèktè tip II.Yon koupe (eg "NiO/SnO2") endike yon konsepsyon detèktè tip III.
Pou detèktè gaz ki baze sou konpoze MOS, de eleman MOS yo distribye owaza ant elektwòd yo.Anpil metòd fabwikasyon yo te devlope pou prepare MOS konpoze, ki gen ladan sol-gel, coprecipitation, hydrothermal, electrospinning, ak metòd melanje mekanik98,102,103,104.Dènyèman, kad metal-òganik (MOFs), yon klas materyèl ki pore cristalline estriktire ki konpoze de sant metal ak linkers òganik, yo te itilize kòm modèl pou fabwikasyon pore MOS konpoze105,106,107,108.Li se vo anyen ke byenke pousantaj nan konpoze MOS se menm bagay la, karakteristik sansiblite yo ka varye anpil lè w ap itilize diferan pwosesis fabrikasyon.109,110 Pou egzanp, Gao et al. (Mo:Sn = 1:1.9) epi li te jwenn ke metòd fabrikasyon diferan mennen nan sansiblite diferan.Shaposhnik et al.110 rapòte ke reyaksyon SnO2-TiO2 ko-presipite nan H2 gaz diferan de sa ki nan materyèl mekanikman melanje, menm nan menm rapò Sn/Ti.Diferans sa a rive paske relasyon ki genyen ant MOP ak MOP kristalit gwosè varye ak diferan metòd sentèz109,110.Lè gwosè grenn ak fòm yo konsistan an tèm de dansite donatè ak kalite semi-conducteurs, repons lan ta dwe rete menm jan an si jeyometri kontak la pa chanje 110 .Staerz et al.111 rapòte ke karakteristik deteksyon nan SnO2-Cr2O3 nwayo-djenn (CSN) nanofib ak tè SnO2-Cr2O3 CSN yo te prèske idantik, sijere ke mòfoloji nan nanofib pa ofri okenn avantaj.
Anplis de metòd fabrikasyon diferan, kalite semi-conducteurs nan de MOSFET yo diferan tou afekte sansiblite nan Capteur a.Li ka plis divize an de kategori selon si de MOSFET yo se nan menm kalite semi-conducteurs (nn oswa pp junction) oswa diferan kalite (pn junction).Lè detèktè gaz yo baze sou konpoze MOS nan menm kalite a, lè yo chanje rapò molè de MOS yo, karakteristik repons sansiblite a rete san okenn chanjman, ak sansiblite Capteur a varye depann sou kantite nn-oswa pp-heterojunctions.Lè yon sèl eleman domine nan konpoze an (egzanp 0.9 ZnO-0.1 SnO2 oswa 0.1 ZnO-0.9 SnO2), kanal kondiksyon an detèmine pa MOS dominan an, ki rele kanal kondiksyon mounonksyon 92 .Lè rapò yo nan de eleman yo konparab, li sipoze ke se kanal la kondiksyon domine pa heterojunction98,102 la.Yamazoe et al.112,113 rapòte ke rejyon an heterocontact nan de eleman yo ka anpil amelyore sansiblite nan Capteur a paske baryè a heterojunction ki te fòme akòz fonksyon yo opere diferan nan eleman yo ka efektivman kontwole mobilite nan drift nan Capteur a ekspoze a elektwon.Divès gaz anbyen 112,113.Sou fig.Figi 3a montre ke detèktè ki baze sou estrikti fib yerarchize SnO2-ZnO ak diferan kontni ZnO (ki soti nan 0 a 10 mol% Zn) ka oaza detekte etanòl.Pami yo, yon Capteur ki baze sou fib SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) te montre sansiblite ki pi wo a akòz fòmasyon nan yon gwo kantite heterojunctions ak yon ogmantasyon nan zòn nan sifas espesifik, ki te ogmante fonksyon an nan konvètisè a ak amelyore. sansiblite 90 Sepandan, ak yon ogmantasyon plis nan kontni an ZnO a 10 mol.%, mikrostruktur SnO2-ZnO konpoze an ka vlope zòn aktivasyon sifas yo epi redwi sansiblite Capteur85.Yon tandans menm jan an tou obsève pou detèktè ki baze sou NiO-NiFe2O4 pp heterojunction konpoze ak diferan rapò Fe / Ni (figi 3b)114.
Imaj SEM nan fib SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) ak repons Capteur a divès gaz ak yon konsantrasyon nan 100 ppm nan 260 °C;54b Repons detèktè ki baze sou NiO pi bon kalite ak NiO-NiFe2O4 konpoze nan 50 ppm nan divès gaz, 260 °C;114 (c) Dyagram eskematik kantite nœuds nan konpozisyon xSnO2-(1-x)Co3O4 ak reyaksyon korespondan rezistans ak sansiblite konpozisyon xSnO2-(1-x)Co3O4 pou chak 10 ppm CO, asetòn, C6H6 ak SO2. gaz nan 350 °C lè w chanje rapò molè Sn/Co 98
Konpoze pn-MOS yo montre diferan konpòtman sansiblite depann sou rapò atomik MOS115.An jeneral, konpòtman an sansoryèl nan konpoze MOS yo trè depann sou ki MOS aji kòm chanèl kondiksyon prensipal la pou Capteur a.Se poutèt sa, li trè enpòtan pou karakterize konpozisyon pousantaj ak nanostruktur nan konpoze.Kim et al.98 konfime konklizyon sa a pa sentèz yon seri nanofibr konpoze xSnO2 ± (1-x)Co3O4 pa electrospinning ak etidye pwopriyete Capteur yo.Yo te obsève ke konpòtman an nan Capteur konpoze SnO2-Co3O4 chanje soti nan n-tip nan p-tip pa diminye pousantaj SnO2 (figi 3c)98.Anplis de sa, detèktè heterojunction-domine (ki baze sou 0.5 SnO2-0.5 Co3O4) te montre pousantaj transmisyon ki pi wo pou C6H6 konpare ak detèktè moun-dominan (egzanp, segondè SnO2 oswa detèktè Co3O4).Rezistans segondè nannan nan Capteur ki baze sou 0.5 SnO2-0.5 Co3O4 ak pi gwo kapasite li nan modile rezistans jeneral Capteur kontribye nan pi gwo sansiblite li nan C6H6.Anplis de sa, domaj dezekilib lasi ki soti nan heterointerfaces SnO2-Co3O4 ka kreye sit adsorption preferansyèl pou molekil gaz, kidonk amelyore repons Capteur109,116.
Anplis de kalite MOS semi-conducteurs, konpòtman an manyen nan konpoze MOS kapab tou Customized lè l sèvi avèk chimi nan MOS-117.Huo et al.117 te itilize yon senp metòd tranpe-kwit pou prepare Co3O4-SnO2 konpoze epi li te jwenn ke nan yon rapò molè Co/Sn nan 10%, Capteur a montre yon repons deteksyon p-tip nan H2 ak yon sansiblite n-tip nan H2.repons.Repons Capteur a gaz CO, H2S ak NH3 yo montre nan Figi 4a117.Nan rapò Co/Sn ki ba, anpil mounonksyon fòme nan limit nanograin SnO2±SnO2 epi montre repons detèktè n-kalite H2 (figi 4b,c)115.Avèk yon ogmantasyon nan rapò Co/Sn jiska 10 mol.%, olye pou yo SnO2-SnO2 homojonctions, anpil Co3O4-SnO2 heterojunctions te fòme ansanm (Fig. 4d).Piske Co3O4 inaktif ak respè H2, ak SnO2 reyaji fòtman ak H2, reyaksyon H2 ak espès oksijèn iyonik fèt sitou sou sifas SnO2117.Se poutèt sa, elektwon deplase nan SnO2 ak Ef SnO2 chanjman nan gwoup la kondiksyon, pandan y ap Ef Co3O4 rete san okenn chanjman.Kòm yon rezilta, rezistans nan Capteur a ogmante, ki endike ke materyèl ki gen yon gwo rapò Co / Sn montre konpòtman p-tip deteksyon (Fig. 4e).Kontrèman, CO, H2S, ak NH3 gaz reyaji ak espès oksijèn iyonik sou sifas SnO2 ak Co3O4, ak elektwon deplase soti nan gaz la nan Capteur a, sa ki lakòz yon diminisyon nan wotè baryè ak n-kalite sansiblite (Fig. 4f)..Konpòtman Capteur diferan sa a se akòz reyaksyon diferan nan Co3O4 ak gaz diferan, ki te plis konfime pa Yin et al.118 .Menm jan an tou, Katoch et al.119 demontre ke konpoze SnO2-ZnO gen bon selektivite ak gwo sansiblite nan H2.Konpòtman sa a rive paske atòm H yo ka fasil adsorbe nan pozisyon O nan ZnO akòz ibridasyon fò ant s-orbital H ak p-orbital O, ki mennen nan metalizasyon ZnO120,121.
yon koub rezistans dinamik Co/Sn-10% pou gaz rediksyon tipik tankou H2, CO, NH3 ak H2S, b, c Co3O4/SnO2 dyagram mekanis deteksyon konpoze pou H2 nan ba % m.Co/Sn, df Co3O4 Mekanis deteksyon H2 ak CO, H2S ak NH3 ak yon konpoze segondè Co/Sn/SnO2
Se poutèt sa, nou ka amelyore sansiblite nan Capteur I-kalite a lè w chwazi metòd fabwikasyon apwopriye, diminye gwosè grenn konpoze yo, ak optimize rapò molè nan konpoze MOS yo.Anplis de sa, yon konpreyansyon pwofon nan chimi nan materyèl la sansib ka plis amelyore selektivite nan Capteur a.
Estrikti Capteur Kalite II yo se yon lòt estrikti Capteur popilè ki ka itilize yon varyete materyèl nanostructured eterojèn, ki gen ladan yon nanomaterial "mèt" ak yon dezyèm oswa menm twazyèm nanomaterial.Pou egzanp, materyèl ki genyen yon dimansyon oswa ki genyen de dimansyon dekore avèk nanopartikul, nwayo-koki (CS) ak materyèl heteronanostructured milti-kouch yo souvan itilize nan estrikti detèktè tip II epi yo pral diskite an detay anba a.
Pou premye materyèl heteronanostructure (dekore heteronanostructure), jan yo montre nan Fig. 2b (1), chanèl kondiktif nan Capteur a konekte pa yon materyèl baz.Akòz fòmasyon heterojunctions, modifye nanopartikul ka bay sit plis reyaktif pou adsorption gaz oswa desorption, epi yo ka aji tou kòm katalis pou amelyore pèfòmans deteksyon109,122,123,124.Yuan et al.41 te note ke dekorasyon nanofil WO3 ak nanodot CeO2 ka bay plis sit adsorption nan heterointerface CeO2@WO3 ak sifas CeO2 ak jenere espès oksijèn plis chemisorbed pou reyaksyon ak asetòn.Gunawan et al.125. Yo te pwopoze yon detèktè asetòn sansiblite ultra-wo ki baze sou yon dimansyon Au@α-Fe2O3 epi li te obsève ke sansiblite nan Capteur a kontwole pa aktivasyon nan molekil O2 kòm yon sous oksijèn.Prezans Au NPs ka aji kòm yon katalis ankouraje disosyasyon molekil oksijèn nan oksijèn lasi pou oksidasyon asetòn.Choi et al te jwenn rezilta menm jan an.9 kote yo te itilize yon katalis Pt pou disoye molekil oksijèn adsorbe nan espès oksijèn iyonize epi amelyore repons sansib a asetòn.Nan 2017, menm ekip rechèch la te demontre ke nanopartikul bimetalik yo pi efikas nan kataliz pase yon sèl nanopartikul metal nòb, jan yo montre nan Figi 5126. 5a se yon chema nan pwosesis fabrikasyon an pou platinum ki baze sou bimetalik (PtM) NPs lè l sèvi avèk selil apoferritin ak yon gwosè mwayèn ki mwens pase 3 nm.Lè sa a, lè l sèvi avèk metòd electrospinning la, yo te jwenn nanofib PtM@WO3 pou ogmante sansiblite ak selektivite nan asetòn oswa H2S (figi 5b-g).Dènyèman, katalis atòm sèl (SAC) yo te montre ekselan pèfòmans katalitik nan jaden an nan kataliz ak analiz gaz akòz efikasite maksimòm nan itilize nan atòm ak estrikti elektwonik branche127,128.Shin et al.129 itilize Pt-SA ancrage nitrure kabòn (MCN), SnCl2 ak PVP nanosheets kòm sous chimik yo prepare Pt@MCN@SnO2 fib inline pou deteksyon gaz.Malgre kontni ki ba anpil nan Pt@MCN (ki soti nan 0.13% wt. a 0.68 wt.%), pèfòmans nan deteksyon nan fòmaldeyid gaz Pt@MCN@SnO2 se siperyè ak lòt echantiyon referans (SnO2 pi, MCN@SnO2 ak Pt NPs@ SnO2)..Pèfòmans deteksyon ekselan sa a ka atribiye a maksimòm efikasite atomik katalis Pt SA a ak pwoteksyon minimòm sit aktif SnO2129.
Apoferritin-chaje metòd enkapsulasyon pou jwenn nanopartikil PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi);pwopriyete dinamik gaz sansib nan bd primitif WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, ak nanofib Pt-NiO@WO3;baze, pou egzanp, sou pwopriyete selektivite nan PtPd@WO3, PtRn@WO3 ak Pt-NiO@WO3 detèktè nanofib nan 1 ppm nan gaz entèfere 126
Anplis de sa, heterojunctions ki te fòme ant materyèl echafodaj ak nanopartikul kapab tou efektivman modulation chanèl kondiksyon atravè yon mekanis modulation radial amelyore pèfòmans Capteur130,131,132.Sou fig.Figi 6a montre karakteristik detèktè pi bon kalite nanofil SnO2 ak Cr2O3@SnO2 pou diminye ak oksidasyon gaz ak mekanis detèktè korespondan yo131.Konpare ak pi bon kalite nanofil SnO2, repons nan Cr2O3@SnO2 nanofil pou diminye gaz yo anpil amelyore, pandan y ap repons lan nan gaz oksidasyon vin pi mal.Fenomèn sa yo se pre relasyon ak ralantisman lokal la nan chanèl yo kondiksyon nan SnO2 nanofil yo nan direksyon radial nan heterojunction nan pn fòme.Ka rezistans nan Capteur dwe tou senpleman branche pa chanje lajè a EDL sou sifas la nan SnO2 nanofil pi bon kalite apre ekspoze a diminye ak oksidasyon gaz.Sepandan, pou nanofil Cr2O3@SnO2, inisyal DEL nan nanofil SnO2 nan lè a ogmante konpare ak nanofil SnO2 pi, epi kanal kondiksyon an siprime akòz fòmasyon yon heterojunction.Se poutèt sa, lè Capteur a ekspoze a yon gaz diminye, elektwon yo kwense yo lage nan nanofil SnO2 yo epi EDL la redwi drastikman, sa ki lakòz pi wo sansiblite pase nanofil SnO2 pi.Kontrèman, lè chanje nan yon gaz oksidan, ekspansyon DEL limite, sa ki lakòz sansiblite ki ba.Rezilta repons sansoryèl menm jan an te obsève pa Choi et al., 133 nan ki SnO2 nanowires dekore ak p-type WO3 nanopartikul te montre siyifikativman amelyore sansoryèl repons a diminye gaz, pandan y ap n-dekore detèktè SnO2 te amelyore sansiblite nan gaz oksidant.TiO2 nanopartikul (Fig. 6b) 133. Rezilta sa a se sitou akòz fonksyon travay diferan nan SnO2 ak MOS (TiO2 oswa WO3) nanopartikul.Nan p-type (n-tip) nanopartikul, kanal la kondiksyon nan materyèl la kad (SnO2) elaji (oswa kontra) nan direksyon radial la, ak Lè sa a, anba aksyon an nan rediksyon (oswa oksidasyon), plis ekspansyon (oswa mantèg) nan kanal la kondiksyon nan SnO2 - kòt) nan gaz la (Fig. 6b).
Mekanis modulation radial pwovoke pa modifye LF MOS.a Rezime repons gaz a 10 ppm diminye ak oksidasyon gaz ki baze sou SnO2 pi ak Cr2O3@SnO2 nanofil ak korespondan mekanis deteksyon dyagram schematic;ak plan korespondan nan WO3@SnO2 nanorods ak mekanis deteksyon133
Nan aparèy heterostructure bikouch ak multikouch, kanal kondiksyon aparèy la domine pa kouch la (anjeneral kouch anba a) an kontak dirèk ak elektwòd yo, ak heterojunction ki te fòme nan koòdone nan de kouch yo ka kontwole konduktiviti nan kouch anba a. .Se poutèt sa, lè gaz yo kominike avèk kouch anwo a, yo ka siyifikativman afekte chanèl kondiksyon nan kouch anba a ak rezistans 134 nan aparèy la.Pou egzanp, Kumar et al.77 rapòte konpòtman opoze TiO2@NiO ak NiO@TiO2 kouch doub pou NH3.Diferans sa a rive paske chanèl kondiksyon de detèktè yo domine nan kouch materyèl diferan (NiO ak TiO2, respektivman), ak Lè sa a, varyasyon yo nan chanèl kondiksyon kache yo diferan77.
Bikouch oswa miltikouch heteronanostructures yo souvan pwodwi pa sputtering, depozisyon kouch atomik (ALD) ak santrifugasyon56,70,134,135,136.Epesè fim ak zòn kontak de materyèl yo ka byen kontwole.Figi 7a ak b montre nanofilm NiO@SnO2 ak Ga2O3@WO3 ki te jwenn nan sputtering pou deteksyon etanòl135,137.Sepandan, metòd sa yo jeneralman pwodwi fim plat, ak fim sa yo plat yo gen mwens sansib pase 3D materyèl nanostructured akòz zòn ki ba sifas espesifik yo ak pèmeyabilite gaz.Se poutèt sa, yon estrateji likid-faz pou fabrike fim bilayer ak yerarchi diferan te tou te pwopoze amelyore pèfòmans pèsepsyon a lè yo ogmante sifas la sifas espesifik41,52,138.Zhu et al139 konbine sputtering ak idrotèrmik teknik yo pwodwi trè te bay lòd ZnO nanowires sou snO2 nanowires (ZnO@sno2 nanowires) pou deteksyon H2S (Fig. 7C).Repons li a 1 ppm H2S se 1.6 fwa pi wo pase sa yo ki nan yon Capteur ki baze sou nanofilm ZnO@SnO2 sputtered.Liu et al.52 rapòte yon pèfòmans segondè H2S Capteur lè l sèvi avèk yon de-etap nan situ metòd depozisyon chimik yo fabrike yerarchize snO2@NIO nanostructures ki te swiv pa rkwir tèmik (Fig. 10d).Konpare ak konvansyonèl sputtered snO2@nio bilayer fim, pèfòmans nan sansiblite nan sno2@nio estrikti a yerarchik bilayer se siyifikativman amelyore akòz ogmantasyon nan zòn sifas espesifik52,137.
Capteur gaz doub kouch ki baze sou MOS.NiO@SnO2 nanofilm pou deteksyon etanòl;137b Ga2O3@WO3 nanofilm pou deteksyon etanòl;135c trè òdone SnO2@ZnO bikouch estrikti yerarchize pou deteksyon H2S;139d SnO2@NiO bikouch estrikti yerarchize pou detekte H2S52.
Nan aparèy tip II ki baze sou heteronanostructures nwayo-koki (CSHNs), mekanis deteksyon an pi konplèks, depi chanèl kondiksyon yo pa limite a koki anndan an.Tou de wout fabrikasyon an ak epesè (hs) pake a ka detèmine kote chanèl kondiktif yo.Pou egzanp, lè w ap itilize metòd sentèz anba-up, chanèl kondiksyon yo anjeneral limite a nwayo enteryè a, ki se menm jan an estrikti ak estrikti aparèy de-kouch oswa plizyè kouch (figi 2b (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 rapòte yon apwòch anba pou jwenn CSHN NiO@α-Fe2O3 ak CuO@α-Fe2O3 pa depoze yon kouch NiO oswa CuO NPs sou α-Fe2O3 nanowods kote kanal kondiksyon an te limite pa pati santral la.(nanorod α-Fe2O3).Liu et al.142 tou te reyisi nan mete restriksyon sou kanal la kondiksyon nan pati prensipal la nan CSHN TiO2 @ Si pa depoze TiO2 sou ranje prepare nan nanofil Silisyòm.Se poutèt sa, konpòtman deteksyon li yo (p-tip oswa n-tip) depann sèlman sou kalite a semi-conducteurs nan nanofil Silisyòm.
Sepandan, pifò rapòte detèktè ki baze sou CSHN (figi 2b (4)) yo te fabrike pa transfere poud nan materyèl la CS sentèz sou chips.Nan ka sa a, chemen an kondiksyon nan Capteur a afekte pa epesè nan lojman (hs).Gwoup Kim te envestige efè hs sou pèfòmans deteksyon gaz ak pwopoze yon posib deteksyon mécanisme100,112,145,146,147,148. Yo kwè ke de faktè kontribye nan mekanis nan deteksyon nan estrikti sa a: (1) modulation radial nan EDL nan koki a ak (2) efè a smearing jaden elektrik (figi 8) 145. Chèchè yo mansyone ke kanal la kondiksyon. nan transpòtè yo sitou limite nan kouch koki a lè hs > λD nan kouch koki a145. Yo kwè ke de faktè kontribye nan mekanis nan deteksyon nan estrikti sa a: (1) modulation radial nan EDL nan koki a ak (2) efè a smearing jaden elektrik (figi 8) 145. Chèchè yo mansyone ke kanal la kondiksyon. nan transpòtè yo sitou limite nan kouch koki a lè hs > λD nan kouch koki a145. Считается, что в механизме восприятия этой структуры участвуют два фактора: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки и (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. Исследователи отметили, что канал проводимости носителей в основном приурочено к оболочке, когда hs > λD оболочки145. Yo kwè ke de faktè ki enplike nan mekanis nan pèsepsyon nan estrikti sa a: (1) modulation radial nan EDL nan koki a ak (2) efè a nan flou jaden elektrik la (figi 8) 145. Chèchè yo te note ke se kanal la kondiksyon konpayi asirans sitou limite nan koki a lè hs > λD shells145.Yo kwè ke de faktè kontribye nan mekanis deteksyon estrikti sa a: (1) modulasyon radial DEL nan koki a ak (2) efè a nan jaden elektrik smearing (figi 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壂局限于壂 > 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 носчество носой нол ноч ночо ностел. Chèchè yo te note ke kanal la kondiksyon Lè hs> λD145 nan koki a, kantite transpòtè se sitou limite pa koki a.Se poutèt sa, nan modulation rezistans nan Capteur a ki baze sou CSHN, modulation radial nan CLADDING DEL la domine (figi 8a).Sepandan, nan hs ≤ λD nan koki a, patikil yo oksijèn adsorbed pa koki a ak heterojunction ki te fòme nan heterojunction CS yo konplètman apovri nan elektwon. Se poutèt sa, kanal la kondiksyon se pa sèlman ki sitiye andedan kouch nan koki, men tou ki pasyèlman nan pati nan nwayo, espesyalman lè HS <λd nan kouch nan koki. Se poutèt sa, kanal la kondiksyon se pa sèlman ki sitiye andedan kouch nan koki, men tou ki pasyèlman nan pati nan nwayo, espesyalman lè HS <λd nan kouch nan koki. Se poutèt sa, se kanal la kondiksyon ki sitiye pa sèlman andedan kouch nan koki, men tou an pati nan pati a nwayo, espesyalman nan HS <λd nan kouch nan koki.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳其是当壳壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳壳层内部 hs < λD 时。 Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и частично в серично в серично в серонд, но и частично в сернд, но и частично в сернд. Se poutèt sa, kanal kondiksyon an sitiye pa sèlman andedan koki a, men tou an pati nan nwayo a, espesyalman nan hs < λD nan koki a.Nan ka sa a, tou de koki a elèktron konplètman apovri ak kouch nwayo a pasyèlman apovri ede modile rezistans nan CSHN a tout antye, sa ki lakòz yon efè ke jaden elektrik (figi 8b).Kèk lòt etid yo te itilize konsèp fraksyon volim EDL olye de yon ke jaden elektrik pou analize efè hs 100,148.Lè w pran de kontribisyon sa yo an kont, modulasyon total rezistans CSHN la rive nan pi gwo valè li lè hs konparab ak djenn λD a, jan yo montre nan Figi 8c.Se poutèt sa, hs yo pi bon pou CSHN ka fèmen nan koki λD a, ki se ki konsistan avèk obsèvasyon eksperimantal99,144,145,146,149.Plizyè etid yo montre ke hs kapab afekte tou sansiblite detèktè pn-heterojunction ki baze sou CSHN40,148.Li et al.148 ak Bai et al.40 sistematik envestige efè hs sou pèfòmans detèktè CSHN pn-heterojunction, tankou TiO2@CuO ak ZnO@NiO, lè yo chanje sik la CLADDING ALD.Kòm yon rezilta, konpòtman sansoryèl chanje soti nan p-tip nan n-tip ak ogmante hs40,148.Konpòtman sa a se akòz lefèt ke nan premye (avèk yon kantite limite nan sik ALD) heterostructures ka konsidere kòm modifye heteronanostructures.Se konsa, kanal la kondiksyon limite pa kouch debaz la (p-tip MOSFET), ak Capteur a montre konpòtman deteksyon p-tip.Kòm kantite sik ALD ogmante, kouch nan CLADDING (n-kalite MOSFET) vin kazi-kontinyèl epi li aji kòm yon kanal kondiksyon, sa ki lakòz sansiblite n-kalite.Konpòtman tranzisyon sansoryèl menm jan an te rapòte pou pn branche heteronanostructures 150,151.Zhou et al.150 envestige sansiblite Zn2SnO4@Mn3O4 branch heteronanostructures pa kontwole kontni Zn2SnO4 sou sifas nanofil Mn3O4.Lè nwayo Zn2SnO4 fòme sou sifas Mn3O4, yo te obsève yon sansiblite p-tip.Avèk yon ogmantasyon plis nan kontni an Zn2SnO4, Capteur a ki baze sou branch Zn2SnO4@Mn3O4 heteronanostructures chanje nan konpòtman an Capteur n-kalite.
Yo montre yon deskripsyon konseptyèl ekspresyon mekanis detèktè de fonksyonèl nanofil CS.Yon modulasyon rezistans akòz batman radyal nan kokiy elèktron-apovri, B efè negatif nan souyman sou modulasyon rezistans, ak C total rezistans modulasyon nan CS nanowires akòz yon konbinezon de tou de efè 40
An konklizyon, kalite II detèktè gen ladan anpil diferan nanostructures yerarchize, ak pèfòmans Capteur se trè depann sou aranjman nan chanèl yo kondiktè.Se poutèt sa, li enpòtan pou kontwole pozisyon kanal kondiksyon nan Capteur a epi sèvi ak yon modèl apwopriye Heteronanostructured MOS yo etidye mekanis nan kèk pwolonje nan kalite II detèktè.
Kalite estrikti Capteur III yo pa trè komen, epi se kanal la kondiksyon ki baze sou yon eterojunction ki te fòme ant de semi -kondiktè ki konekte nan de elektwòd, respektivman.Estrikti aparèy inik yo anjeneral jwenn nan teknik micromachining ak mekanism kèk yo yo trè diferan de de estrikti yo anvan Capteur.Koub IV nan yon Capteur Tip III tipikman montre karakteristik redresman tipik akòz fòmasyon heterojunction48,152,153.Ka koub la karakteristik I -V nan yon etewojonksyon ideyal dwe dekri nan mekanis nan tèmyonik nan emisyon elèktron sou wotè a nan baryè a etewojeksyon152,154,155.
Ki kote VA se vòltaj la patipri, A se zòn nan aparèy, k se konstan nan Boltzmann, t se tanperati a absoli, q se chaj la konpayi asirans, JN ak JP yo se twou a ak elèktron difizyon densite aktyèl, respektivman.IS reprezante aktyèl saturation ranvèse, defini kòm: 152,154,155
Se poutèt sa, aktyèl total pn heterojunction depann sou chanjman nan konsantrasyon transpòtè chaj ak chanjman nan wotè baryè heterojunction a, jan yo montre nan ekwasyon (3) ak (4) 156.
kote nn0 ak pp0 se konsantrasyon elektwon (twou) nan yon n-tip (p-tip) MOS, \(V_{bi}^0\) se potansyèl entegre a, Dp (Dn) se koyefisyan difizyon nan elektwon (twou), Ln (Lp) se longè difizyon elektwon (twou), ΔEv (ΔEc) se chanjman enèji nan gwoup valens (band kondiksyon) nan heterojunction la.Malgre ke dansite aktyèl la pwopòsyonèl ak dansite konpayi asirans lan, li eksponansyèlman envès pwopòsyonèl ak \(V_{bi}^0\).Se poutèt sa, chanjman an jeneral nan dansite aktyèl la depann fòtman de modulasyon wotè baryè heterojunction la.
Kòm mansyone pi wo a, kreyasyon MOSFET hetero-nanostructured (pa egzanp, kalite I ak kalite II aparèy) ka siyifikativman amelyore pèfòmans nan Capteur a, olye ke eleman endividyèl yo.Ak pou aparèy tip III, repons heteronanostructure a ka pi wo pase de konpozan48,153 oswa pi wo pase yon eleman76, tou depann de konpozisyon chimik materyèl la.Plizyè rapò yo te montre ke repons heteronanostructures pi wo pase yon sèl konpozan lè youn nan konpozan pa sansib pou sib gaz48,75,76,153.Nan ka sa a, gaz sib la pral kominike sèlman ak kouch sansib la epi lakòz yon chanjman Ef nan kouch sansib la ak yon chanjman nan wotè baryè heterojunction la.Lè sa a, aktyèl total aparèy la pral chanje anpil, paske li envers ki gen rapò ak wotè baryè heterojunction selon ekwasyon an.(3) ak (4) 48,76,153.Sepandan, lè tou de konpozan n-tip ak p-tip yo sansib a gaz la sib, pèfòmans deteksyon ka yon kote nan mitan.José et al.76 te pwodwi yon poreux NiO/SnO2 fim NO2 materyèl detèktè pa sputtering e li te twouve ke sansiblite materyèl detèktè a te sèlman pi wo pase sa ki baze NiO materyèl detèktè, men pi ba pase sa ki baze nan SnO2 materyèl detèktè.Capteur.Fenomèn sa a se akòz lefèt ke SnO2 ak NiO montre reyaksyon opoze ak NO276.Epitou, paske de eleman yo gen diferan sansiblite gaz, yo ka gen menm tandans pou detekte gaz oksidan ak diminye.Pou egzanp, Kwon et al.157 pwopoze yon Capteur gaz NiO/SnO2 pn-heterojunction pa sputtering oblik, jan yo montre nan Fig. 9a.Enteresan, NiO / SnO2 pn-heterojunction Capteur a te montre menm tandans sansiblite pou H2 ak NO2 (Fig. 9a).Pou rezoud rezilta sa a, Kwon et al.157 sistematik te envestige kijan NO2 ak H2 chanje konsantrasyon konpayi asirans yo ak branche \(V_{bi}^0\) nan tou de materyèl lè l sèvi avèk IV-karakteristik ak simulation òdinatè (Fig. 9bd).Figi 9b ak c demontre kapasite H2 ak NO2 pou chanje dansite transpòtè detèktè ki baze sou p-NiO (pp0) ak n-SnO2 (nn0), respektivman.Yo te montre ke pp0 nan p-tip NiO yon ti kras chanje nan anviwònman an NO2, pandan y ap li chanje dramatikman nan anviwònman an H2 (figi 9b).Sepandan, pou n-tip SnO2, nn0 konpòte li nan fason opoze a (figi 9c).Dapre rezilta sa yo, otè yo te konkli ke lè H2 te aplike nan Capteur a ki baze sou NiO/SnO2 pn heterojunction, yon ogmantasyon nan nn0 te mennen nan yon ogmantasyon nan Jn, ak \(V_{bi}^0\) te mennen nan yon diminisyon nan repons lan (figi 9d).Apre ekspoze a NO2, tou de yon gwo diminisyon nan nn0 nan SnO2 ak yon ti ogmantasyon nan pp0 nan NiO mennen nan yon gwo diminisyon nan \(V_{bi}^0\), ki asire yon ogmantasyon nan repons sansoryèl la (figi 9d). ) 157 An konklizyon, chanjman nan konsantrasyon transpòtè yo ak \(V_{bi}^0\) mennen nan chanjman nan aktyèl total la, ki plis afekte kapasite deteksyon an.
Mekanis deteksyon Capteur gaz la baze sou estrikti aparèy tip III a.Scanning electron microscopy (SEM) imaj kwa-seksyonèl, p-NiO/n-SnO2 nanocoil aparèy ak pwopriyete detèktè nan p-NiO/n-SnO2 nanocoil heterojunction Capteur nan 200 ° C pou H2 ak NO2;b , SEM kwa-seksyonèl nan yon aparèy c, ak rezilta simulation nan yon aparèy ki gen yon kouch b p-NiO ak yon kouch c n-SnO2.Capteur b p-NiO a ak Capteur c n-SnO2 mezire epi matche ak karakteristik I-V nan lè sèk ak apre ekspoze a H2 ak NO2.Yon kat jeyografik ki genyen de dimansyon nan dansite twou b nan p-NiO ak yon kat elektwon c nan kouch n-SnO2 ak yon echèl koulè yo te modle lè l sèvi avèk lojisyèl Sentaurus TCAD la.d Rezilta simulation ki montre yon kat jeyografik 3D p-NiO/n-SnO2 nan lè sèk, H2 ak NO2157 nan anviwònman an.
Anplis de sa nan pwopriyete chimik materyèl la li menm, estrikti nan aparèy tip III demontre posiblite pou kreye detèktè gaz endepandan, ki pa posib ak aparèy tip I ak tip II.Akòz jaden elektrik nannan yo (BEF), estrikti pn heterojunction dyòd yo souvan itilize yo bati aparèy fotovoltaik epi montre potansyèl pou fè detèktè gaz fotoelektrik endepandan nan tanperati chanm anba illumination74,158,159,160,161.BEF nan heterointerface a, ki te koze pa diferans nan nivo Fermi nan materyèl yo, tou kontribye nan separasyon pè elèktron-twou.Avantaj nan yon Capteur gaz fotovoltaik ki mache ak pwòp tèt ou se konsomasyon pouvwa ki ba li yo kòm li ka absòbe enèji nan limyè a eklere ak Lè sa a, kontwole tèt li oswa lòt aparèy Miniature san yo pa bezwen yon sous pouvwa ekstèn.Pou egzanp, Tanuma ak Sugiyama162 te fabrike NiO / ZnO pn heterojunctions kòm selil solè yo aktive detèktè CO2 polikristalin ki baze sou SnO2.Gad et al.74 rapòte yon Capteur gaz fotovoltaik endepandan ki baze sou yon heterojunction Si/ZnO@CdS pn, jan yo montre nan Figi 10a.Vètikal oryante nanofil ZnO yo te grandi dirèkteman sou substrats Silisyòm p-type yo fòme Si / ZnO pn heterojunctions.Lè sa a, nanopartikul CdS yo te modifye sou sifas nanofil ZnO pa modifikasyon sifas chimik.Sou fig.10a montre rezilta repons detèktè Si/ZnO@CdS offline pou O2 ak etanòl.Anba ekleraj, vòltaj sikwi louvri (Voc) akòz separasyon pè elèktron-twou pandan BEP nan heterointerface Si/ZnO ogmante lineyè ak kantite diodes konekte 74,161.Voc ka reprezante pa yon ekwasyon.(5) 156,
kote ND, NA, ak Ni se konsantrasyon donatè, akseptè, ak pòtè intrinsèques, respektivman, epi k, T, ak q se menm paramèt ak ekwasyon anvan an.Lè yo ekspoze a gaz oksidan, yo ekstrè elektwon nan nanofil ZnO, ki mennen nan yon diminisyon nan \(N_D^{ZnO}\) ak Voc.Kontrèman, rediksyon gaz te lakòz yon ogmantasyon nan Voc (figi 10a).Lè dekore ZnO ak nanopartikul CdS, elektwon fotoexcite nan nanopartikul CdS yo enjekte nan gwoup la kondiksyon nan ZnO epi kominike avèk gaz la adsorbed, kidonk ogmante efikasite nan pèsepsyon74,160.Hoffmann et al.160, 161 (figi 10b).Capteur sa a ka prepare lè l sèvi avèk yon liy nan amine-fonctionalized ZnO nanoparticules ([3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane) (amino-fonctionalized-SAM) ak thiol ((3-mercaptopropyl)-fonctionalized, pou ajiste fonksyon travay la. nan gaz la sib pou deteksyon selektif nan NO2 (trimethoxysilane) (thiol-functionalized-SAM)) (Fig. 10b) 74,161.
Yon Capteur gaz fotoelektrik ki mache ak pwòp tèt ou ki baze sou estrikti yon aparèy tip III.yon Capteur gaz fotovoltaik ki mache ak pwòp tèt ou ki baze sou Si/ZnO@CdS, mekanis deteksyon endepandan ak repons Capteur a gaz oksidize (O2) ak redwi (1000 ppm etanòl) anba limyè solèy la;74b Capteur gaz fotovoltaik ki mache ak pwòp tèt ou ki baze sou detèktè Si ZnO/ZnO ak repons detèktè a divès gaz apre fonksyonalizasyon ZnO SAM ak amine tèminal ak thiols 161
Se poutèt sa, lè w ap diskite sou mekanis sansib nan detèktè tip III, li enpòtan pou detèmine chanjman nan wotè baryè heterojunction ak kapasite gaz la pou enfliyanse konsantrasyon konpayi asirans lan.Anplis de sa, ekleraj ka jenere transpòtè photogenerated ki reyaji ak gaz, ki se pwomèt pou deteksyon gaz pwòp tèt ou.
Kòm diskite nan revizyon literati sa a, anpil diferan MOS heteronanostructures yo te fabrike pou amelyore pèfòmans Capteur.Yo te fouye baz done Web of Science pou plizyè mo kle (konpoze oksid metal, oksid metal nwayo-djenn, oksid metal kouch, ak analizè gaz endepandan) ansanm ak karakteristik diferan (abondans, sansiblite / selektivite, potansyèl jenerasyon pouvwa, fabrikasyon) .Metòd Karakteristik twa nan twa aparèy sa yo montre nan tablo 2. Konsèp konsepsyon jeneral pou detèktè gaz pèfòmans segondè yo diskite lè yo analize twa faktè kle yo pwopoze pa Yamazoe.Mekanis pou detèktè MOS eterostrikti Pou konprann faktè ki enfliyanse detèktè gaz yo, yo te etidye ak anpil atansyon divès paramèt MOS (egzanp, gwosè grenn, tanperati fonksyònman, defo ak dansite oksijèn vid, avyon kristal louvri).Estrikti aparèy, ki se tou kritik nan konpòtman deteksyon Capteur a, te neglije ak raman diskite.Revizyon sa a diskite sou mekanis ki kache pou detekte twa kalite estrikti aparèy.
Estrikti gwosè grenn, metòd fabrikasyon, ak kantite heterojunctions nan materyèl la deteksyon nan yon Capteur Kalite I ka anpil afekte sansiblite nan Capteur a.Anplis de sa, konpòtman an nan Capteur a tou afekte pa rapò a molè nan eleman yo.Estrikti aparèy tip II (dekoratif heteronanostructures, fim bikouch oswa multikouch, HSSNs) se estrikti aparèy ki pi popilè ki gen de oswa plis konpozan, epi se yon sèl eleman ki konekte ak elektwòd la.Pou estrikti aparèy sa a, detèmine kote chanèl kondiksyon yo ak chanjman relatif yo enpòtan anpil nan etidye mekanis pèsepsyon.Paske aparèy tip II gen ladan anpil diferan heteronanostructures yerarchize, yo te pwopoze anpil mekanis deteksyon diferan.Nan yon estrikti sansoryèl tip III, kanal kondiksyon an domine pa yon heterojunction ki fòme nan heterojunction a, ak mekanis pèsepsyon konplètman diferan.Se poutèt sa, li enpòtan pou detèmine chanjman nan wotè baryè heterojunction apre ekspoze gaz sib la nan Capteur tip III a.Avèk konsepsyon sa a, detèktè gaz fotovoltaik ki mache ak pwòp tèt ou ka fèt pou diminye konsomasyon pouvwa.Sepandan, depi pwosesis fabrikasyon aktyèl la se pito konplike ak sansiblite a pi ba anpil pase detèktè gaz chimyo-rezistan ki baze sou MOS tradisyonèl yo, toujou gen anpil pwogrè nan rechèch la nan detèktè gaz pwòp tèt ou.
Avantaj prensipal yo nan detèktè MOS gaz ak eteronanostruktur yerarchize yo se vitès la ak pi wo sansiblite.Sepandan, kèk pwoblèm kle nan detèktè gaz MOS (egzanp, tanperati opere segondè, estabilite alontèm, pòv selektivite ak repwodibilite, efè imidite, elatriye) toujou egziste epi yo bezwen adrese anvan yo ka itilize nan aplikasyon pratik.Modèn detèktè gaz MOS anjeneral opere nan tanperati ki wo ak konsome anpil pouvwa, ki afekte estabilite alontèm nan Capteur a.Gen de apwòch komen pou rezoud pwoblèm sa a: (1) devlopman chips detèktè pouvwa ki ba;(2) devlopman nan nouvo materyèl sansib ki ka opere nan tanperati ki ba oswa menm nan tanperati chanm.Yon apwòch nan devlopman chips detèktè ki ba-pouvwa se pou misyon pou minimize gwosè Capteur a pa fabrike plak microheating ki baze sou seramik ak silicon163.Seramik ki baze sou plak chofaj mikwo konsome apeprè 50-70 mV pou chak Capteur, pandan y ap optimize Silisyòm ki baze sou plak chofaj mikwo ka konsome ti jan 2 mW pou chak Capteur lè yo opere kontinyèlman nan 300 °C163,164.Devlopman nan nouvo materyèl deteksyon se yon fason efikas diminye konsomasyon pouvwa pa bese tanperati a opere, epi li ka tou amelyore estabilite Capteur.Kòm gwosè a nan MOS la kontinye ap redwi ogmante sansiblite nan Capteur a, estabilite nan tèmik nan MOS la vin pi plis nan yon defi, ki ka mennen nan flote nan siyal la Capteur165.Anplis de sa, tanperati ki wo ankouraje difizyon nan materyèl nan heterointerface a ak fòmasyon nan faz melanje, ki afekte pwopriyete yo elektwonik nan Capteur a.Chèchè yo rapòte ke tanperati opere pi gwo nan Capteur a ka redwi lè yo chwazi materyèl deteksyon apwopriye ak devlope MOS heteronanostructures.Rechèch la pou yon metòd ba-tanperati pou fabrike trè cristalline MOS heteronanostructures se yon lòt apwòch pwomèt amelyore estabilite.
Selektif detèktè MOS se yon lòt pwoblèm pratik kòm gaz diferan coexist ak gaz sib la, pandan y ap detèktè MOS yo souvan sansib a plis pase yon gaz epi souvan montre sansiblite kwa.Se poutèt sa, ogmante selektivite nan Capteur a nan gaz la sib kòm byen ke nan lòt gaz se kritik pou aplikasyon pratik.Pandan kèk deseni ki sot pase yo, chwa a te an pati adrese pa bati etalaj de detèktè gaz yo rele "nen elektwonik (E-nen)" an konbinezon ak algoritm analiz enfòmatik tankou quantization vektè fòmasyon (LVQ), analiz eleman prensipal (PCA), elatriye e.Pwoblèm seksyèl.Pasyèl pi piti kare (PLS), elatriye 31, 32, 33, 34. De faktè prensipal (kantite detèktè, ki gen rapò ak kalite materyèl deteksyon, ak analiz enfòmatik) yo enpòtan anpil pou amelyore kapasite nen elektwonik. pou idantifye gaz169.Sepandan, ogmante kantite detèktè anjeneral mande pou anpil pwosesis manifakti konplèks, kidonk li enpòtan pou jwenn yon metòd senp pou amelyore pèfòmans nen elektwonik.Anplis de sa, modifye MOS la ak lòt materyèl kapab tou ogmante selektivite nan Capteur a.Pou egzanp, deteksyon selektif nan H2 ka reyalize akòz bon aktivite katalitik nan MOS modifye ak NP Pd.Nan dènye ane yo, kèk chèchè te kouvwi sifas MOS MOF pou amelyore selektivite Capteur atravè eksklizyon gwosè171,172.Enspire pa travay sa a, fonksyonalizasyon materyèl ka yon jan kanmenm rezoud pwoblèm nan nan selektivite.Sepandan, toujou gen anpil travay pou yo fè nan chwazi bon materyèl la.
Repetibilite nan karakteristik detèktè yo fabrike nan menm kondisyon ak metòd yo se yon lòt kondisyon enpòtan pou pwodiksyon gwo echèl ak aplikasyon pratik.Tipikman, metòd santrifujasyon ak plonje yo se metòd pri ki ba pou fabrike detèktè gaz gwo debi.Sepandan, pandan pwosesis sa yo, materyèl sansib la gen tandans totalman ak relasyon ki genyen ant materyèl la sansib ak substra a vin fèb68, 138, 168. Kòm yon rezilta, sansiblite a ak estabilite nan Capteur a deteryore siyifikativman, ak pèfòmans lan vin reproductible.Lòt metòd fabwikasyon tankou sputtering, ALD, depozisyon lazè enpulsyonèl (PLD), ak depozisyon fizik vapè (PVD) pèmèt pwodiksyon an nan fim bikouch oswa multikouch MOS dirèkteman sou modèl Silisyòm oswa alumina substrats.Teknik sa yo evite rasanbleman materyèl sansib, asire repwodibilite Capteur, epi demontre posibilite pwodiksyon gwo-echèl detèktè planar mens fim.Sepandan, sansiblite fim plat sa yo jeneralman pi ba anpil pase materyèl 3D nanostructured akòz ti sifas espesifik yo ak pèmeyabilite gaz ki ba 41,174.Nouvo estrateji pou grandi MOS heteronanostructures nan kote espesifik sou microarrays estriktire ak jisteman kontwole gwosè, epesè, ak mòfoloji nan materyèl sansib yo kritik pou fabwikasyon pri ki ba nan detèktè wafer-nivo ak repwodiksyon segondè ak sansiblite.Pou egzanp, Liu et al.174 te pwopoze yon estrateji konbine tèt-desann ak anba-up pou fabrike kristalit gwo-debi pa grandi nan situ Ni(OH)2 nanowall nan kote espesifik..Wafers pou microburners.
Anplis de sa, li enpòtan tou pou konsidere efè imidite sou Capteur a nan aplikasyon pratik.Molekil dlo ka fè konpetisyon ak molekil oksijèn pou sit adsorption nan materyèl Capteur ak afekte responsablite Capteur a pou gaz sib la.Menm jan ak oksijèn, dlo aji kòm yon molekil atravè absòpsyon fizik, epi li ka egziste tou nan fòm lan nan radikal idroksil oswa gwoup idroksil nan yon varyete estasyon oksidasyon atravè chemisorption.Anplis de sa, akòz nivo segondè ak imidite varyab nan anviwònman an, yon repons serye nan Capteur a nan gaz la sib se yon gwo pwoblèm.Plizyè estrateji yo te devlope pou adrese pwoblèm sa a, tankou prekonsantrasyon gaz177, konpansasyon imidite ak metòd lasi kwa-reyaktif178, osi byen ke metòd siye179,180.Sepandan, metòd sa yo chè, konplèks, epi redwi sansiblite nan Capteur a.Plizyè estrateji pa chè yo te pwopoze pou siprime efè imidite.Pou egzanp, dekorasyon SnO2 ak nanopartikul Pd ka ankouraje konvèsyon nan oksijèn adsorbed nan patikil anionik, pandan y ap fonksyonalize SnO2 ak materyèl ki gen gwo afinite pou molekil dlo, tankou NiO ak CuO, se de fason yo anpeche depandans imidite sou molekil dlo..Detèktè 181, 182, 183. Anplis de sa, efè imidite kapab tou redwi lè w itilize materyèl idrofob pou fòme sifas idrofob36,138,184,185.Sepandan, devlopman detèktè gaz ki reziste imidite toujou nan yon etap bonè, epi yo mande estrateji ki pi avanse pou adrese pwoblèm sa yo.
An konklizyon, amelyorasyon nan pèfòmans deteksyon (egzanp, sansiblite, selektivite, ba tanperati opere pi gwo) yo te reyalize pa kreye MOS heteronanostructures, ak divès kalite mekanis deteksyon amelyore yo te pwopoze.Lè w ap etidye mekanis deteksyon yon Capteur patikilye, yo dwe pran an kont tou estrikti jeyometrik aparèy la.Rechèch sou nouvo materyèl deteksyon ak rechèch sou estrateji fabwikasyon avanse yo pral oblije amelyore pèfòmans nan detèktè gaz ak adrese defi ki rete nan tan kap vini an.Pou kontwole akor nan karakteristik Capteur, li nesesè sistematik bati relasyon ki genyen ant metòd la sentetik nan materyèl Capteur ak fonksyon an nan heteronanostructures.Anplis de sa, etid la nan reyaksyon sifas ak chanjman nan heterointerfaces lè l sèvi avèk metòd karakterizasyon modèn ka ede elicide mekanis yo nan pèsepsyon yo epi bay rekòmandasyon pou devlopman nan detèktè ki baze sou materyèl heteronanostructured.Finalman, etid la nan estrateji modèn fabrikasyon Capteur ka pèmèt fabwikasyon detèktè gaz Miniature nan nivo wafer pou aplikasyon endistriyèl yo.
Genzel, NN et al.Yon etid longitudinal sou nivo diyoksid nitwojèn andedan kay la ak sentòm respiratwa nan timoun ki gen opresyon nan zòn iben.katye.Pèspektiv sante.116, 1428–1432 (2008).
Tan poste: Nov-04-2022
