L-iżvilupp ta 'sensors tal-gass ta' prestazzjoni għolja, portabbli u minjaturizzat qed jikseb attenzjoni dejjem akbar fl-oqsma tal-monitoraġġ ambjentali, is-sigurtà, id-dijanjostika medika u l-agrikoltura.Fost diversi għodod ta 'skoperta, sensuri tal-gass kimo-reżistivi tal-metall-ossidu-semikondutturi (MOS) huma l-aktar għażla popolari għal applikazzjonijiet kummerċjali minħabba l-istabbiltà għolja, l-ispiża baxxa u s-sensittività għolja tagħhom.Wieħed mill-aktar approċċi importanti biex tittejjeb aktar il-prestazzjoni tas-sensor huwa l-ħolqien ta 'eterojunctions ibbażati fuq MOS nanosized (MOS etero-nanostrutturat) minn nanomaterjali MOS.Madankollu, il-mekkaniżmu ta 'sensing ta' sensor MOS eteronanostrutturat huwa differenti minn dak ta 'sensor tal-gass MOS wieħed, peress li huwa pjuttost kumpless.Il-prestazzjoni tas-sensur hija affettwata minn diversi parametri, inklużi l-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-materjal sensittiv (bħal daqs tal-qamħa, densità tad-difetti, u postijiet vakanti tal-ossiġnu materjali), temperatura operattiva u struttura tal-apparat.Din ir-reviżjoni tippreżenta diversi kunċetti għat-tfassil ta 'sensuri tal-gass ta' prestazzjoni għolja billi tanalizza l-mekkaniżmu ta 'sensing ta' sensuri MOS nanostrutturati eteroġenji.Barra minn hekk, tiġi diskussa l-influwenza tal-istruttura ġeometrika tal-apparat, iddeterminata mir-relazzjoni bejn il-materjal sensittiv u l-elettrodu tax-xogħol.Biex tistudja l-imġiba tas-sensuri b'mod sistematiku, dan l-artikolu jintroduċi u jiddiskuti l-mekkaniżmu ġenerali tal-perċezzjoni ta 'tliet strutturi ġeometriċi tipiċi ta' apparati bbażati fuq diversi materjali eteronanostrutturati.Din il-ħarsa ġenerali se sservi bħala gwida għall-qarrejja futuri li jistudjaw il-mekkaniżmi sensittivi tas-sensuri tal-gass u jiżviluppaw sensuri tal-gass ta 'prestazzjoni għolja.
It-tniġġis tal-arja huwa problema dejjem aktar serja u problema ambjentali globali serja li thedded il-benessri tan-nies u tal-ħlejjaq ħajjin.Inalazzjoni ta' sustanzi li jniġġsu gassużi jistgħu jikkawżaw ħafna problemi tas-saħħa bħal mard respiratorju, kanċer tal-pulmun, lewkimja u anke mewt prematura1,2,3,4.Mill-2012 sal-2016, miljuni ta’ nies kienu rrappurtati li mietu mit-tniġġis tal-arja, u kull sena, biljuni ta’ nies kienu esposti għal kwalità ħażina tal-arja5.Għalhekk, huwa importanti li jiġu żviluppati sensuri tal-gass portabbli u minjaturizzati li jistgħu jipprovdu feedback f'ħin reali u prestazzjoni għolja ta 'skoperta (eż., sensittività, selettività, stabbiltà, u ħinijiet ta' rispons u rkupru).Minbarra l-monitoraġġ ambjentali, is-sensuri tal-gass għandhom rwol vitali fis-sigurtà6,7,8, id-dijanjostika medika9,10, l-akkwakultura11 u oqsma oħra12.
Sal-lum, ġew introdotti bosta sensuri tal-gass portabbli bbażati fuq mekkaniżmi ta 'sensing differenti, bħal ottika13,14,15,15,16,17,18, elettrokimiċi19,20,21,22 u sensers reżistivi kimiċi23,24.Fost dawn, is-sensuri reżistivi kimiċi tal-metall-ossidu (MOS) huma l-aktar popolari fl-applikazzjonijiet kummerċjali minħabba l-istabbiltà għolja tagħhom u l-ispiża baxxa25,26.Il-konċentrazzjoni tal-kontaminant tista 'tiġi ddeterminata sempliċement billi tiskopri l-bidla fir-reżistenza MOS.Fil-bidu tas-snin 1960, ġew irrappurtati l-ewwel sensuri tal-gass kemjo-reżistenti bbażati fuq films irqaq ZnO, li jiġġeneraw interess kbir fil-qasam tad-detezzjoni tal-gass27,28.Illum, ħafna MOS differenti jintużaw bħala materjali sensittivi għall-gass, u jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji bbażati fuq il-proprjetajiet fiżiċi tagħhom: MOS tat-tip N b'elettroni hekk kif it-trasportaturi tal-ħlas tal-maġġoranza u l-MOS tat-tip P bit-toqob hekk kif it-trasportaturi tal-ħlas tal-maġġoranza.trasportaturi ta' ħlas.B'mod ġenerali, il-MOS tat-tip P huwa inqas popolari mill-MOS tat-tip N minħabba li r-rispons induttiv tat-tip P MOS (SP) huwa proporzjonali għall-għerq kwadru tat-tip N MOS (\ (s_p = \ sqrt { S_n} \)) fl-istess suppożizzjonijiet (per eżempju, l-istess struttura morfoloġika u l-istess bidla fil-liwi tal-faxex fl-arja) 29,30.Madankollu, sensuri ta 'MOS b'bażi waħda għadhom jiffaċċjaw problemi bħal limitu ta' skoperta insuffiċjenti, sensittività baxxa u selettività f'applikazzjonijiet prattiċi.Kwistjonijiet ta 'selettività jistgħu jiġu indirizzati sa ċertu punt billi jinħolqu matriċi ta' sensuri (imsejħa "imnieħer elettroniċi") u jinkorporaw algoritmi ta 'analiżi tal-komputazzjoni bħalma huma l-kwantifikazzjoni tal-vettur tat-taħriġ (LVQ), l-analiżi tal-komponent prinċipali (PCA), u l-inqas kwadri parzjali (PLS) analiżi31, 32, 33, 34, 35. Barra minn hekk, il-produzzjoni ta 'MOS32,36,37,38,39 ta' dimensjoni baxxa (eż. Nanomaterjali b'dimensjoni waħda (1D), 0D u 2D), kif ukoll l-użu ta 'nanomaterjali oħra ( Eż 40,41,42, nanopartiċelli tal-metall nobbli (NPs)) 43,44, nanomaterjali tal-karbonju45,46 u polimers konduttivi47,48) biex joħolqu heterojunctions nanoskala (jiġifieri, heteronanostructured MOS) huma approċċi preferuti oħra biex isolvu l-problemi ta 'hawn fuq.Meta mqabbel ma 'films ta' MOS ħoxnin tradizzjonali, MOS b'dimensjoni baxxa b'żona tal-wiċċ speċifika għolja tista 'tipprovdi siti aktar attivi għall-adsorbiment tal-gass u tiffaċilita d-diffużjoni tal-gass36,37,49.Barra minn hekk, id-disinn ta 'heteronanostrutturi bbażati fuq il-MOS jista' jkompli jirranġa t-trasport tal-ġarr fuq l-heterointerface, li jirriżulta f'bidliet kbar fir-reżistenza minħabba funzjonijiet operattivi differenti50,51,52.Barra minn hekk, uħud mill-effetti kimiċi (eż., Attività katalitika u reazzjonijiet sinerġistiċi tal-wiċċ) li jseħħu fid-disinn ta 'heteronanostructures MOS jistgħu wkoll itejbu l-prestazzjoni tas-sensuri.50,53,54 għalkemm id-disinn u l-fabbrikazzjoni ta' heteronanostructures MOS ikun approċċ promettenti biex titjieb Il-prestazzjoni tas-sensuri, sensuri moderni tal-kemo-reżistenti tipikament jużaw prova u żball, li jieħu ħafna ħin u ineffiċjenti.Għalhekk, huwa importanti li tifhem il-mekkaniżmu ta 'senser ta' sensuri tal-gass ibbażati fuq l-MOS peress li jista 'jiggwida d-disinn ta' sensuri direzzjonali ta 'prestazzjoni għolja.
F'dawn l-aħħar snin, is-sensuri tal-gass MOS żviluppaw malajr u ġew ippubblikati xi rapporti dwar nanostrutturi MOS55,56,57, sensors tal-gass tat-temperatura tal-kamra58,59, materjali speċjali tas-sensuri MOS60,61,62 u sensuri tal-gass speċjali63.Dokument ta' reviżjoni f'Reviżjonijiet Oħra jiffoka fuq l-eluċidazzjoni tal-mekkaniżmu ta' sensing tas-sensuri tal-gass ibbażat fuq il-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi intrinsiċi tal-MOS, inkluż ir-rwol tal-vakanzi tal-ossiġnu 64 , ir-rwol tal-eteronanostrutturi 55, 65 u t-trasferiment ta 'ċarġ f'eterointerfaces 66. Barra minn hekk , ħafna parametri oħra jaffettwaw il-prestazzjoni tas-sensuri, inklużi l-eterostruttura, id-daqs tal-qamħ, it-temperatura operattiva, id-densità tad-difetti, il-postijiet vakanti tal-ossiġnu, u anke pjani tal-kristall miftuħin tal-materjal sensittiv25,67,68,69,70,71.72, 73. However, the (rarely mentioned) geometric structure of the device, determined by the relationship between the sensing material and the working electrode, also significantly affects the sensitivity of the sensor74,75,76 (see section 3 for more details) .Għalhekk, meta jiġi analizzat mekkaniżmu ta 'sensing tal-gass, huwa importanti li titqies l-istruttura tal-apparat.F'din ir-reviżjoni, l-awturi jiffokaw fuq mekkaniżmi ta 'skoperta bbażati fuq MOS għal diversi nanostrutturi eteroġenji u strutturi ta' apparat.
Fuq il-fig.1a turi l-mudell bażiku ta 'mekkaniżmu ta' sensing tal-gass ibbażat fuq MOS wieħed.Hekk kif it-temperatura togħla, l-assorbiment tal-molekuli tal-ossiġnu (O2) fuq il-wiċċ tal-MOS se jattira elettroni mill-MOS u jiffurmaw speċi anjoniċi (bħal O2- u O-).Imbagħad, saff ta' tnaqqis tal-elettroni (EDL) għal MOS tat-tip n jew saff ta' akkumulazzjoni ta' toqba (HAL) għal MOS tat-tip p imbagħad jiġi ffurmat fuq il-wiċċ tal-MOS 15, 23, 78. L-interazzjoni bejn O2 u l- MOS jikkawża li l-faxxa tal-konduzzjoni tal-MOS tal-wiċċ titgħawweġ 'il fuq u tifforma barriera potenzjali.Sussegwentement, meta s-senser ikun espost għall-gass fil-mira, il-gass adsorbit fuq il-wiċċ tal-MOS jirreaġixxi ma 'speċi ta' ossiġnu joniku, jew jattira elettroni (gass ossidanti) jew jagħti elettroni (gass li jnaqqas).It-trasferiment tal-elettroni bejn il-gass fil-mira u l-MOS jista 'jaġġusta l-wisa' tal-EDL jew HAL30,81 li jirriżulta f'bidla fir-reżistenza ġenerali tas-sensor MOS.Pereżempju, għal gass li jnaqqas, l-elettroni se jiġu trasferiti mill-gass li jnaqqas għal MOS tat-tip n, li jirriżulta f'EDL aktar baxx u reżistenza aktar baxxa, li tissejjaħ imġieba tas-sensor tat-tip n.B'kuntrast, meta MOS tat-tip p jiġi espost għal gass li jnaqqas li jiddetermina l-imġieba tas-sensittività tat-tip p, l-HAL tiċkien u r-reżistenza tiżdied minħabba donazzjoni ta 'elettroni.Għall-gassijiet ossidanti, ir-rispons tas-sensor huwa oppost għal dak għat-tnaqqis tal-gassijiet.
Mekkaniżmi bażiċi ta' skoperta għal MOS tat-tip n u tat-tip p għat-tnaqqis u l-ossidazzjoni tal-gassijiet b Fatturi ewlenin u proprjetajiet fiżiko-kimiċi jew materjali involuti f'sensors tal-gass semikondutturi 89
Minbarra l-mekkaniżmu ta 'sejbien bażiku, il-mekkaniżmi ta' skoperta tal-gass użati f'sensuri prattiċi tal-gass huma pjuttost kumplessi.Pereżempju, l-użu attwali ta 'senser tal-gass għandu jissodisfa ħafna rekwiżiti (bħal sensittività, selettività u stabbiltà) skont il-bżonnijiet tal-utent.Dawn ir-rekwiżiti huma relatati mill-qrib mal-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi tal-materjal sensittiv.Pereżempju, Xu et al.71 urew li s-sensuri bbażati fuq SNO2 jiksbu l-ogħla sensittività meta d-dijametru tal-kristall (d) huwa daqs jew inqas mid-doppju tat-tul ta 'Debye (λd) ta' SNO271.Meta d ≤ 2λd, SNO2 huwa kompletament mdgħajjef wara l-adsorbiment ta 'molekuli O2, u r-rispons tas-senser għall-gass li jnaqqas huwa massimu.Barra minn hekk, diversi parametri oħra jistgħu jaffettwaw il-prestazzjoni tas-sensuri, inkluża t-temperatura operattiva, difetti tal-kristall, u anke pjani tal-kristall esposti tal-materjal sensittiv.B'mod partikolari, l-influwenza tat-temperatura operattiva hija spjegata mill-kompetizzjoni possibbli bejn ir-rati ta 'adsorbiment u d-desorbiment tal-gass fil-mira, kif ukoll ir-reattività tal-wiċċ bejn molekuli tal-gass adsorbiti u partiċelli ta' ossiġenu4,82.L-effett tad-difetti tal-kristall huwa relatat b'mod qawwi mal-kontenut tal-postijiet vakanti tal-ossiġnu [83, 84].It-tħaddim tas-sensor jista 'jkun affettwat ukoll minn reattività differenti ta' uċuħ tal-kristall miftuħa67,85,86,87.Pjanijiet miftuħa tal-kristall b'densità aktar baxxa juru aktar katjoni tal-metall mhux koordinati b'enerġiji ogħla, li jippromwovu adsorbiment tal-wiċċ u reattività88.Tabella 1 telenka diversi fatturi ewlenin u l-mekkaniżmi perċettivi mtejba assoċjati tagħhom.Għalhekk, billi jiġu aġġustati dawn il-parametri materjali, il-prestazzjoni tal-iskoperta tista 'titjieb, u huwa kritiku li jiġi ddeterminat il-fatturi ewlenin li jaffettwaw il-prestazzjoni tas-senser.
Yamazoe89 u Shimanoe et al.68,71 wettqu numru ta 'studji dwar il-mekkaniżmu teoretiku tal-perċezzjoni tas-sensur u pproponew tliet fatturi ewlenin indipendenti li jinfluwenzaw il-prestazzjoni tas-sensorju, speċifikament il-funzjoni tar-riċettur, il-funzjoni tat-transducer u l-utilità (Fig. 1b)..Il-funzjoni tar-riċettur tirreferi għall-abbiltà tal-wiċċ MOS li jinteraġixxi mal-molekuli tal-gass.Din il-funzjoni hija relatata mill-qrib mal-proprjetajiet kimiċi tal-MOS u tista 'titjieb b'mod sinifikanti billi jiġu introdotti aċċettaturi barranin (per eżempju, NPs tal-metall u MOS oħra).Il-funzjoni tat-transducer tirreferi għall-abbiltà li tikkonverti r-reazzjoni bejn il-gass u l-wiċċ tal-MOS f'sinjal elettriku ddominat mill-konfini tal-qamħ tal-MOS.Għalhekk, il-funzjoni sensorja hija affettwata b'mod sinifikanti mid-daqs tal-partiċelli MOC u d-densità ta 'riċetturi barranin.Katoch et al.90 irrappurtaw li t-tnaqqis fid-daqs tal-qamħ ta 'nanofibrils ZnO-SnO2 irriżulta fil-formazzjoni ta' heterojunctions numerużi u żieda fis-sensittività tas-sensorju, konsistenti mal-funzjonalità tat-transducer.Wang et al.91 qabblu diversi daqsijiet ta 'qamħ ta' Zn2GeO4 u wera żieda ta '6.5 darbiet fis-sensittività tas-sensorju wara li introduċa l-konfini tal-qamħ.L-utilità hija fattur ewlieni ieħor tal-prestazzjoni tas-sensorju li jiddeskrivi d-disponibbiltà tal-gass għall-istruttura interna tal-MOS.Jekk il-molekuli tal-gass ma jistgħux jippenetraw u jirreaġixxu mal-MOS intern, is-sensittività tas-sensorju titnaqqas.L-utilità hija relatata mill-qrib mal-fond tad-diffużjoni ta 'gass partikolari, li jiddependi fuq id-daqs tal-pori tal-materjal sensing.Sakai et al.92 immudella s-sensittività tas-sensor għall-gassijiet taċ-ċumnija u sabet li kemm il-piż molekulari tal-gass kif ukoll ir-raġġ tal-pori tal-membrana tas-sensorju jaffettwaw is-sensittività tas-sensor f'fond ta 'diffużjoni tal-gass differenti fil-membrana tas-sensorju.Id-diskussjoni ta 'hawn fuq turi li s-sensuri tal-gass ta' prestazzjoni għolja jistgħu jiġu żviluppati billi jibbilanċjaw u jottimizzaw il-funzjoni tar-riċettur, il-funzjoni tat-transducer u l-utilità.
Ix-xogħol ta 'hawn fuq jiċċara l-mekkaniżmu ta' perċezzjoni bażiku ta 'MOS wieħed u jiddiskuti diversi fatturi li jaffettwaw il-prestazzjoni ta' MOS.Minbarra dawn il-fatturi, sensuri tal-gass ibbażati fuq eterostrutturi jistgħu jtejbu aktar il-prestazzjoni tas-sensuri billi jtejbu b'mod sinifikanti l-funzjonijiet tas-sensorju u tar-riċettur.Barra minn hekk, l-eteronanostrutturi jistgħu jtejbu aktar il-prestazzjoni tas-sensuri billi jtejbu r-reazzjonijiet katalitiċi, jirregolaw it-trasferiment ta 'ċarġ, u joħolqu aktar siti ta' adsorbiment.Sal-lum, ħafna sensuri tal-gass ibbażati fuq eteronanostrutturi MOS ġew studjati biex jiddiskutu mekkaniżmi għal sensing imtejjeb95,96,97.Miller et al.55 ġabar fil-qosor diversi mekkaniżmi li x'aktarx itejbu s-sensittività ta 'eteronanostrutturi, inklużi dipendenti fuq il-wiċċ, dipendenti fuq l-interface u dipendenti mill-istruttura.Fost dawn, il-mekkaniżmu ta 'amplifikazzjoni dipendenti fuq l-interface huwa ikkumplikat wisq biex ikopri l-interazzjonijiet kollha ta' l-interface f'teorija waħda, peress li jistgħu jintużaw diversi sensuri bbażati fuq materjali eteronanostrutturati (pereżempju, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, eċċ.) .għoqda Schottky).Tipikament, sensuri eteronanostrutturati bbażati fuq MOS dejjem jinkludu żewġ mekkaniżmi tas-sensuri avvanzati jew aktar98,99,100.L-effett sinerġistiku ta 'dawn il-mekkaniżmi ta' amplifikazzjoni jista 'jtejjeb ir-riċeviment u l-ipproċessar tas-sinjali tas-sensuri.Għalhekk, il-fehim tal-mekkaniżmu tal-perċezzjoni tas-sensuri bbażati fuq materjali nanostrutturati eteroġeni huwa kruċjali sabiex jgħin lir-riċerkaturi jiżviluppaw sensuri tal-gass minn isfel għal fuq skont il-ħtiġijiet tagħhom.Barra minn hekk, l-istruttura ġeometrika tal-apparat tista 'wkoll taffettwa b'mod sinifikanti s-sensittività tas-sensor 74, 75, 76. Sabiex tiġi analizzata b'mod sistematiku l-imġiba tas-sensor, se jiġu ppreżentati l-mekkaniżmi ta' sensing ta 'tliet strutturi ta' apparat ibbażati fuq materjali eteronanostrutturati differenti. u diskussi hawn taħt.
Bl-iżvilupp mgħaġġel ta 'sensuri tal-gass ibbażati fuq MOS, ġew proposti diversi MOS etero-nanostrutturati.It-trasferiment ta 'ċarġ fl-eterointerface jiddependi fuq il-livelli Fermi differenti (Ef) tal-komponenti.Fl-eterointerface, l-elettroni jimxu minn naħa waħda b'Ef akbar għan-naħa l-oħra b'Ef iżgħar sakemm il-livelli Fermi tagħhom jilħqu ekwilibriju, u toqob, viċi versa.Imbagħad it-trasportaturi fl-eterointerface jitnaqqsu u jiffurmaw saff imnaqqas.Ladarba s-sensor jiġi espost għall-gass fil-mira, il-konċentrazzjoni tal-ġarrier MOS eteronanostrutturat tinbidel, kif ukoll l-għoli tal-barriera, u b'hekk itejjeb is-sinjal ta 'skoperta.Barra minn hekk, metodi differenti ta 'manifattura ta' eteronanostrutturi jwasslu għal relazzjonijiet differenti bejn materjali u elettrodi, li jwassal għal ġeometriji ta 'apparat differenti u mekkaniżmi ta' sensing differenti.F'din ir-reviżjoni, nipproponu tliet strutturi ta 'apparat ġeometriku u niddiskutu l-mekkaniżmu ta' sensing għal kull struttura.
Għalkemm l-eterojunctions għandhom rwol importanti ħafna fil-prestazzjoni tas-sejbien tal-gass, il-ġeometrija tal-apparat tas-senser kollu tista 'wkoll tinfluwenza b'mod sinifikanti l-imġieba ta' skoperta, peress li l-post tal-kanal tal-konduzzjoni tas-sensorju huwa dipendenti ħafna fuq il-ġeometrija tal-apparat.Tliet ġeometriji tipiċi ta 'apparat MOS heterojunction huma diskussi hawn, kif muri fil-Figura 2. Fl-ewwel tip, żewġ konnessjonijiet MOS huma mqassma b'mod każwali bejn żewġ elettrodi, u l-post tal-kanal konduttiv huwa determinat mill-MOS prinċipali, it-tieni huwa l- formazzjoni ta 'nanostrutturi eteroġenji minn MOS differenti, filwaqt li MOS wieħed biss huwa konness mal-elettrodu.elettrodu huwa konness, allura l-kanal konduttiv normalment jinsab ġewwa l-MOS u huwa konness direttament mal-elettrodu.Fit-tielet tip, żewġ materjali huma mwaħħla ma 'żewġ elettrodi separatament, li jiggwidaw l-apparat permezz ta' heterojunction iffurmat bejn iż-żewġ materjali.
Sing bejn il-komposti (eż. “SnO2-NiO”) jindika li ż-żewġ komponenti huma sempliċement imħallta (tip I).Sinjal “@” bejn żewġ konnessjonijiet (eż. “SnO2@NiO”) jindika li l-materjal tal-armar (NiO) huwa mżejjen b’SnO2 għal struttura ta’ sensorju tat-tip II.Slash (eż. “NiO/SnO2”) tindika disinn tas-sensor tat-tip III.
Għal sensuri tal-gass ibbażati fuq komposti MOS, żewġ elementi MOS huma mqassma b'mod każwali bejn l-elettrodi.Ġew żviluppati bosta metodi ta 'fabbrikazzjoni biex jippreparaw komposti MOS, inklużi metodi sol-gel, kopreċipitazzjoni, idrotermali, elettrospinning u taħlit mekkaniku98,102,103,104.Riċentement, oqfsa tal-metall organiċi (MOFs), klassi ta 'materjali strutturati kristallini porużi magħmula minn ċentri tal-metall u linkers organiċi, intużaw bħala mudelli għall-fabbrikazzjoni ta' komposti MOS porużi105,106,107,108.Ta 'min jinnota li għalkemm il-persentaġġ ta' komposti MOS huwa l-istess, il-karatteristiċi tas-sensittività jistgħu jvarjaw ħafna meta jintużaw proċessi ta 'manifattura differenti. (Mo:Sn = 1:1.9) u sabet li metodi ta 'fabbrikazzjoni differenti jwasslu għal sensittivitajiet differenti.Shaposhnik et al.110 irrapporta li r-reazzjoni ta 'SnO2-TiO2 ko-preċipitat għal H2 gassuż kienet differenti minn dik ta' materjali mħallta mekkanikament, anke fl-istess proporzjon Sn/Ti.Din id-differenza tqum minħabba li r-relazzjoni bejn id-daqs tal-kristallit MOP u MOP tvarja b'metodi ta 'sinteżi differenti109,110.Meta d-daqs u l-għamla tal-qamħ huma konsistenti f'termini ta 'densità tad-donatur u tip ta' semikonduttur, ir-rispons għandu jibqa 'l-istess jekk il-ġeometrija tal-kuntatt ma tinbidilx 110 .Staerz et al.111 irrapporta li l-karatteristiċi ta 'skoperta tan-nanofibri SnO2-Cr2O3 core-sheath (CSN) u SnO2-Cr2O3 CSNs mitħun kienu kważi identiċi, li jissuġġerixxu li l-morfoloġija tan-nanofibra ma toffri l-ebda vantaġġ.
Meta l-proporzjonijiet taż-żewġ komponenti huma komparabbli, huwa preżunt li l-kanal tal-konduzzjoni huwa ddominat mill-eterojunction98,102.Yamazoe et al.Fuq il-fig.Il-Figura 3A turi li s-sensuri bbażati fuq strutturi ġerarkiċi fibrużi SNO2-ZNO b'kontenut differenti ta 'ZnO (minn 0 sa 10 mol% Zn) jistgħu jindividwaw b'mod selettiv l-etanol.Fost dawn, senser ibbażat fuq fibri Sno2-ZnO (7 mol.% Zn) wera l-ogħla sensittività minħabba l-formazzjoni ta 'numru kbir ta' heterojunctions u żieda fl-erja speċifika tal-wiċċ, li żiedet il-funzjoni tal-konvertitur u mtejba Sensittività 90 Madankollu, b'żieda oħra fil-kontenut ta 'ZnO għal 10 mol.%, il-mikrostruttura Sno2-ZnO kompost tista' tgeżwir żoni ta 'attivazzjoni tal-wiċċ u tnaqqas is-sensittività tas-senser85.Xejra simili hija osservata wkoll għal sensuri bbażati fuq komposti eterojunction NiO-NiFe2O4 pp bi proporzjonijiet differenti Fe / Ni (Fig. 3b)114.
Immaġini SEM ta 'fibri SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) u rispons tas-sensuri għal gassijiet varji b'konċentrazzjoni ta' 100 ppm f'260 °C;54b Risposti ta' sensuri bbażati fuq NiO pur u NiO-NiFe2O4 komposti f'50 ppm ta' gassijiet varji, 260 °C;114 (c) Dijagramma skematika tan-numru ta' nodi fil-kompożizzjoni xSnO2-(1-x)Co3O4 u r-reazzjonijiet ta' reżistenza u sensittività korrispondenti tal-kompożizzjoni ta' xSnO2-(1-x)Co3O4 għal kull 10 ppm CO, aċetun, C6H6 u SO2 gass f'350 °C billi tbiddel il-proporzjon molari ta' Sn/Co 98
Il-kompożiti pn-MOS juru imġieba ta 'sensittività differenti skont il-proporzjon atomiku ta' MOS115.B'mod ġenerali, l-imġieba sensorja tal-komposti MOS hija dipendenti ħafna fuq liema MOS jaġixxi bħala l-kanal primarju tal-konduzzjoni għas-sensor.Għalhekk, huwa importanti ħafna li tikkaratterizza l-kompożizzjoni perċentwali u n-nanostruttura tal-komposti.Kim et al.98 ikkonfermaw din il-konklużjoni billi sintetizzaw serje ta 'nanofibers komposti xSnO2 ± (1-x)Co3O4 permezz ta' electrospinning u studju tal-proprjetajiet tas-sensorju tagħhom.
Minbarra l-MOS tat-tip semikondutturi, l-imġieba ta 'kuntatt ta' komposti MOS tista 'wkoll tkun personalizzata bl-użu tal-kimika ta' MOS-117.Huo et al.117 użaw metodu sempliċi ta 'soak-ħami biex iħejju komposti ta' Co3O4-SNO2 u sabu li bi proporzjon molari CO / SN ta '10%, is-senser wera rispons ta' skoperta tat-tip P għal H2 u sensittività tat-tip N għal N H2.rispons.Ir-risponsi tas-sensuri għall-gassijiet CO, H2S u NH3 huma murija fil-Figura 4A117.Fil-proporzjonijiet baxxi ta 'CO / SN, ħafna homojunctions jiffurmaw fil-konfini ta' nanograin SNO2 ± SNO2 u juru risponsi ta 'sensuri tat-tip N għal H2 (Figs. 4B, C) 115.B'żieda fil-proporzjon Co / Sn sa 10 mol.%, minflok homojunctions Sno2-Sno2, ħafna heterojunctions Co3O4-SNO2 ġew iffurmati fl-istess ħin (Fig. 4D).Peress li Co3O4 huwa inattiv fir-rigward ta 'H2, u SNO2 jirreaġixxi b'mod qawwi ma' H2, ir-reazzjoni ta 'H2 bi speċi ta' ossiġenu joniku sseħħ prinċipalment fuq il-wiċċ ta 'SNO2117.Għalhekk, l-elettroni jimxu lejn SnO2 u Ef SnO2 jaqleb għall-faxxa ta 'konduzzjoni, filwaqt li Ef Co3O4 jibqa' mhux mibdul.Bħala riżultat, ir-reżistenza tas-senser tiżdied, u tindika li materjali bi proporzjon għoli ta 'CO / SN juru mġieba ta' sensing tat-tip P (Fig. 4E).B'kuntrast, il-gassijiet CO, H2S, u NH3 jirreaġixxu ma 'speċi ta' ossiġenu joniċi fuq l-uċuħ SNO2 u Co3O4, u l-elettroni jimxu mill-gass għas-senser, li jirriżulta fi tnaqqis fl-għoli tal-barriera u s-sensittività tat-tip N (Fig. 4F)..Din l-imġieba tas-sensuri differenti hija dovuta għar-reattività differenti ta 'Co3O4 b'gassijiet differenti, li ġiet ikkonfermata aktar minn Yin et al.118.Bl-istess mod, Katoch et al.119 wera li l-komposti SnO2-ZnO għandhom selettività tajba u sensittività għolja għal H2.Din l-imġieba sseħħ minħabba li l-atomi ta 'H jistgħu jiġu assorbiti faċilment mal-pożizzjonijiet ta' O ta 'ZnO minħabba ibridizzazzjoni qawwija bejn l-orbital S ta' H u l-orbital p ta 'O, li twassal għal metallizzazzjoni ta' ZnO120,121.
kurvi ta' reżistenza dinamika Co/Sn-10% għal gassijiet tipiċi li jnaqqsu bħal H2, CO, NH3 u H2S, b, c Dijagramma ta' mekkaniżmu ta' sensing kompost ta' Co3O4/SnO2 għal H2 f'% m baxx.Co/Sn, df Co3O4 Mekkaniżmu ta' skoperta ta' H2 u CO, H2S u NH3 b'kompożitu għoli ta' Co/Sn/SnO2
Għalhekk, nistgħu ntejbu s-sensittività tas-sensor tat-tip I billi nagħżlu metodi ta 'fabbrikazzjoni xierqa, innaqqsu d-daqs tal-qamħa tal-komposti, u ottimizzaw il-proporzjon molari tal-komposti MOS.Barra minn hekk, fehim profond tal-kimika tal-materjal sensittiv jista 'jtejjeb aktar is-selettività tas-sensor.
L-istrutturi tas-sensuri tat-Tip II huma struttura oħra tas-sensuri popolari li tista 'tuża varjetà ta' materjali nanostrutturati eteroġenji, inkluż nanomaterjal wieħed "kaptan" u t-tieni jew saħansitra t-tielet nanomaterjal.Pereżempju, materjali unidimensjonali jew bidimensjonali imżejna b'nanopartiċelli, materjali tal-qalba-qoxra (CS) u eteronanostrutturati b'ħafna saffi huma komunement użati fi strutturi tas-sensuri tat-tip II u se jiġu diskussi fid-dettall hawn taħt.
Għall-ewwel materjal heteronanostructure (eteronanostructure imżejjen), kif muri fil-Fig. 2b (1), il-kanali konduttivi tas-sensor huma konnessi minn materjal bażi.Minħabba l-formazzjoni ta 'eterojunctions, nanopartiċelli modifikati jistgħu jipprovdu siti aktar reattivi għall-assorbiment jew desorbiment tal-gass, u jistgħu jaġixxu wkoll bħala katalizzaturi biex itejbu l-prestazzjoni tas-sensing109,122,123,124.Yuan et al.41 innutaw li d-dekorazzjoni ta 'nanowires WO3 b'nanodots CeO2 tista' tipprovdi aktar siti ta 'adsorbiment fl-eterointerface CeO2@WO3 u l-wiċċ CeO2 u tiġġenera aktar speċi ta' ossiġnu chemisorbed għal reazzjoni bl-aċetun.Gunawan et al.125. Ġie propost sensur ta 'aċetun ta' sensittività ultra-għolja bbażat fuq Au@α-Fe2O3 ta 'dimensjoni waħda u ġie osservat li s-sensittività tas-sensor hija kkontrollata mill-attivazzjoni ta' molekuli O2 bħala sors ta 'ossiġnu.Il-preżenza ta 'Au NPs tista' taġixxi bħala katalist li jippromwovi d-dissoċjazzjoni ta 'molekuli ta' ossiġnu f'ossiġenu kannizzata għall-ossidazzjoni ta 'l-aċetun.9 fejn intuża katalizzatur Pt biex jiddissoċja molekuli ta 'ossiġnu adsorbiti fi speċi ta' ossiġnu jonizzat u jsaħħaħ ir-rispons sensittiv għall-aċetun.Fl-2017, l-istess tim ta 'riċerka wera li n-nanopartiċelli bimetalliċi huma ħafna aktar effiċjenti fil-katalisi minn nanopartiċelli tal-metall nobbli singoli, kif muri fil-Figura 5126. 5a hija skematika tal-proċess tal-manifattura għal NPs bimetalliċi bbażati fuq il-platinu (PtM) li jużaw ċelluli apoferritin b' an average size of less than 3 nm.Imbagħad, bl-użu tal-metodu electrospinning, inkisbu nanofibri PtM@WO3 biex tiżdied is-sensittività u s-selettività għal aċetun jew H2S (Fig. 5b-g).Riċentement, katalisti ta' atomu wieħed (SACs) wrew prestazzjoni katalitika eċċellenti fil-qasam tal-katalisi u l-analiżi tal-gass minħabba l-effiċjenza massima tal-użu ta 'atomi u strutturi elettroniċi sintonizzati127,128.Shin et al.129 użat Pt-SA ankrat tan-nitrur tal-karbonju (MCN), SnCl2 u PVP nanosheets bħala sorsi kimiċi biex jippreparaw fibri inline Pt@MCN@SnO2 għall-iskoperta tal-gass.Minkejja l-kontenut baxx ħafna ta 'Pt@MCN (minn 0.13 wt.% sa 0.68 wt.%), il-prestazzjoni ta' skoperta ta 'formaldehyde gassuż Pt@MCN@SnO2 hija superjuri għal kampjuni ta' referenza oħra (pur SnO2, MCN@SnO2 u Pt NPs@ SNO2)..Din il-prestazzjoni ta 'skoperta eċċellenti tista' tiġi attribwita għall-effiċjenza atomika massima tal-katalist PT SA u l-kopertura minima ta 'siti attivi SNO2129.
Metodu ta 'inkapsulament mgħobbi bl-apoferritin biex jinkisbu nanopartiċelli PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi);Proprjetajiet dinamiċi sensittivi għall-gass tan-nanofibri bd verġni WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, u Pt-NiO@WO3;ibbażat, pereżempju, fuq il-proprjetajiet tas-selettività ta 'sensors nanofibra PtPd@WO3, PtRn@WO3 u Pt-NiO@WO3 għal 1 ppm ta' gass li jinterferixxi 126
Barra minn hekk, heterojunctions iffurmati bejn materjali tal-armar u nanopartiċelli jistgħu wkoll jimmodulaw b'mod effettiv il-kanali ta 'konduzzjoni permezz ta' mekkaniżmu ta 'modulazzjoni radjali biex itejjeb il-prestazzjoni tas-sensuri130,131,132.Fuq il-fig.Il-Figura 6A turi l-karatteristiċi tas-sensuri ta 'nanowires sno2 u cr2O3 @ Sno2 pur għat-tnaqqis u l-ossidazzjoni tal-gassijiet u l-mekkaniżmi tas-senser korrispondenti131.Meta mqabbel ma 'nanowires Sno2 puri, ir-rispons ta' nanowires Cr2O3 @ Sno2 għat-tnaqqis tal-gassijiet huwa msaħħa ħafna, filwaqt li r-rispons għal gassijiet ossidanti huwa aggravat.Dawn il-fenomeni huma relatati mill-qrib mad-deċellerazzjoni lokali tal-kanali ta 'konduzzjoni tan-nanowires SNO2 fid-direzzjoni radjali tal-heterojunction PN iffurmat.Ir-reżistenza tas-sensuri tista 'tkun sempliċement sintonizzata billi tinbidel il-wisa' tal-EDL fuq il-wiċċ ta 'nanowires SNO2 puri wara espożizzjoni għat-tnaqqis u l-gassijiet ossidanti.Madankollu, għal nanowires Cr2O3 @ Sno2, id-Del inizjali ta 'nanowires Sno2 fl-arja jiżdied meta mqabbel ma' nanowires Sno2 puri, u l-kanal ta 'konduzzjoni huwa mrażżan minħabba l-formazzjoni ta' heterojunction.Għalhekk, meta s-senser ikun espost għal gass li jnaqqas, l-elettroni maqbuda jiġu meħlusa fin-nanowires SNO2 u l-EDL titnaqqas drastikament, li tirriżulta f'sensittività ogħla minn nanowires Sno2 puri.Bil-maqlub, meta taqleb għal gass ossidanti, l-espansjoni DEL hija limitata, li tirriżulta f'sensittività baxxa.Riżultati ta 'rispons sensorju simili ġew osservati minn Choi et al., 133 li fihom in-nanowires Sno2 imżejna bin-nanopartiċelli tat-tip P WO3 urew rispons sensorju mtejjeb b'mod sinifikanti għat-tnaqqis tal-gassijiet, filwaqt li s-sensuri SNO2 imtejba N-NE kellhom sensittività mtejba għall-gassijiet ossidanti.Nanopartiċelli TiO2 (Fig. 6b) 133. Dan ir-riżultat huwa dovut l-aktar għall-funzjonijiet ta 'xogħol differenti ta' nanopartiċelli SNO2 u MOS (TiO2 jew WO3).Fin-nanopartiċelli tat-tip P (N-tip), il-kanal ta 'konduzzjoni tal-materjal qafas (SNO2) jespandi (jew kuntratti) fid-direzzjoni radjali, u mbagħad, taħt l-azzjoni ta' tnaqqis (jew ossidazzjoni), espansjoni ulterjuri (jew tqassir) tal-kanal tal-konduzzjoni ta 'SNO2 - kustilja) tal-gass (Fig. 6b).
Mekkaniżmu ta 'modulazzjoni radjali indott minn LF MOS modifikat.u skemi korrispondenti ta 'nanorods WO3@SnO2 u mekkaniżmu ta' skoperta133
In bilayer and multilayer heterostructure devices, the conduction channel of the device is dominated by the layer (usually the bottom layer) in direct contact with the electrodes, and the heterojunction formed at the interface of the two layers can control the conductivity of the bottom layer .77 irrapporta l-imġiba opposta ta 'saffi doppji TiO2@NiO u NiO@TiO2 għal NH3.
Eteronanostrutturi b'żewġ saffi jew b'ħafna saffi huma komunement prodotti permezz ta 'sputtering, depożizzjoni ta' saff atomiku (ALD) u ċentrifugazzjoni56,70,134,135,136.Il-ħxuna tal-film u ż-żona ta 'kuntatt taż-żewġ materjali jistgħu jiġu kkontrollati tajjeb.Il-Figuri 7a u b juru nanofilms NiO@SnO2 u Ga2O3@WO3 miksuba permezz ta' sputtering għad-detezzjoni ta' etanol135,137.Madankollu, dawn il-metodi ġeneralment jipproduċu films ċatti, u dawn il-films ċatti huma inqas sensittivi minn materjali nanostrutturati 3D minħabba l-erja tal-wiċċ speċifika baxxa tagħhom u l-permeabilità tal-gass.Għalhekk, ġiet proposta wkoll strateġija ta 'fażi likwida għall-fabbrikazzjoni ta' films b'żewġ saffi b'ġerarkiji differenti biex ittejjeb il-prestazzjoni perċettiva billi żżid l-erja speċifika tal-wiċċ41,52,138.Zhu et al139 ikkombinaw tekniki ta 'sputtering u idrotermali biex jipproduċu nanowires ZnO ordnati ħafna fuq nanowires SnO2 (nanowires ZnO@SnO2) għall-iskoperta ta' H2S (Fig. 7c).Ir-rispons tiegħu għal 1 ppm H2S huwa 1.6 darbiet ogħla minn dak ta 'senser ibbażat fuq nanoofilms sputtered ZnO @ Sno2.Liu et al.52 irrapporta sensur H2S ta 'prestazzjoni għolja bl-użu ta' metodu ta 'depożizzjoni kimika in situ f'żewġ stadji biex jiffabbrika nanostrutturi ġerarkiċi SnO2@NiO segwiti minn ittemprar termali (Fig. 10d).Meta mqabbel ma 'films bi saffi SnO2@NiO sputtered konvenzjonali, il-prestazzjoni tas-sensittività tal-istruttura tas-saffi ġerarkiċi SnO2@NiO hija mtejba b'mod sinifikanti minħabba ż-żieda fl-erja speċifika tal-wiċċ52,137.
135C SNO2 @ ZNO STRUTTURA ġerarkika tal-kisja għall-iskoperta ta 'H2S;139D SNO2 @ NIO BILAYER STRUTTURA ġerarkika għall-iskoperta ta 'H2S52.
F'apparat tat-tip II ibbażat fuq eteronanostrutturi tal-qalba tal-qoxra (CSHNs), il-mekkaniżmu ta 'sensing huwa aktar kumpless, peress li l-kanali tal-konduzzjoni mhumiex limitati għall-qoxra ta' ġewwa.Kemm ir-rotta tal-manifattura kif ukoll il-ħxuna (hs) tal-pakkett jistgħu jiddeterminaw il-post tal-kanali konduttivi.Pereżempju, meta jintużaw metodi ta 'sinteżi minn isfel għal fuq, il-kanali ta' konduzzjoni huma ġeneralment limitati għall-qalba ta 'ġewwa, li hija simili fl-istruttura għal strutturi ta' apparat b'żewġ saffi jew b'ħafna saffi (Fig. 2b (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 irrapporta approċċ minn isfel għal fuq biex jinkiseb CSHN NiO@α-Fe2O3 u CuO@α-Fe2O3 billi jiddepożita saff ta 'NiO jew CuO NPs fuq nanorods α-Fe2O3 li fihom il-kanal tal-konduzzjoni kien limitat mill-parti ċentrali.(Nanorods α-Fe2O3).Liu et al.142 irnexxielu wkoll jirrestrinġi l-kanal tal-konduzzjoni għall-parti prinċipali ta 'CSHN TiO2 @ Si billi jiddepożita TiO2 fuq matriċi ppreparati ta' nanowires tas-silikon.Għalhekk, l-imġieba tas-sensing tagħha (tip p jew tip n) tiddependi biss fuq it-tip ta 'semikondutturi tan-nanowire tas-silikon.
Madankollu, il-biċċa l-kbira tas-sensuri rrappurtati bbażati fuq CSHN (Fig. 2b (4)) ġew iffabbrikati billi ttrasferixxi trabijiet tal-materjal CS sintetizzat fuq ċipep.F'dan il-każ, il-mogħdija tal-konduzzjoni tas-sensor hija affettwata mill-ħxuna tad-djar (hs).Il-grupp ta 'Kim investiga l-effett tal-hs fuq il-prestazzjoni tas-sejbien tal-gass u ppropona mekkaniżmu ta' skoperta possibbli100,112,145,146,147,148. Huwa maħsub li żewġ fatturi jikkontribwixxu għall-mekkaniżmu ta 'sensing ta' din l-istruttura: (1) il-modulazzjoni radjali tal-EDL tal-qoxra u (2) l-effett ta 'tkeċċija tal-kamp elettriku (Fig. 8) 145. Ir-riċerkaturi semmew li l-kanal ta' konduzzjoni tat-trasportaturi huwa l-aktar limitat għas-saff tal-qoxra meta hs > λD tas-saff tal-qoxra145. Huwa maħsub li żewġ fatturi jikkontribwixxu għall-mekkaniżmu ta 'sensing ta' din l-istruttura: (1) il-modulazzjoni radjali tal-EDL tal-qoxra u (2) l-effett ta 'tkeċċija tal-kamp elettriku (Fig. 8) 145. Ir-riċerkaturi semmew li l-kanal ta' konduzzjoni tat-trasportaturi huwa l-aktar limitat għas-saff tal-qoxra meta hs > λD tas-saff tal-qoxra145. 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. Huwa maħsub li żewġ fatturi huma involuti fil-mekkaniżmu ta 'perċezzjoni ta' din l-istruttura: (1) modulazzjoni radjali tal-EDL tal-qoxra u (2) l-effett ta 'ċajpra tal-kamp elettriku (Fig. 8) 145. Ir-riċerkaturi nnutaw li il-kanal tal-konduzzjoni tat-trasportatur huwa prinċipalment limitat għall-qoxra meta hs > λD qxur145.Huwa maħsub li żewġ fatturi jikkontribwixxu għall-mekkaniżmu ta 'skoperta ta' din l-istruttura: (1) il-modulazzjoni radjali tad-del tal-qoxra u (2) l-effett ta 'tkeċċija tal-kamp elettriku (Fig. 8) 145.研究 人员 提到 传导 通道 当 壳层 的 hs> λd145 时 ， 载流子 的 数量 数量 主要 局限于 壳层。 > λd145 时 ， 载流子 的 数量 主要 局限于 壳层。 Исследоватеu отметили, что канал проводимости когда hs> λd145 оervase б г г г г г г г г г г г г? Ir-riċerkaturi nnutaw li l-kanal ta 'konduzzjoni meta HS> λD145 tal-qoxra, in-numru ta' trasportaturi huwa limitat prinċipalment mill-qoxra.Għalhekk, fil-modulazzjoni reżistiva tas-senser ibbażat fuq CSHN, il-modulazzjoni radjali tal-kisi ta 'del tipprevali (Fig. 8A).Madankollu, f'HS ≤ λd tal-qoxra, il-partiċelli ta 'l-ossiġenu assorbiti mill-qoxra u l-heterojunction iffurmati fl-eterojunction CS huma kompletament mdgħajfa ta' elettroni. Għalhekk, il-kanal ta 'konduzzjoni mhux biss jinsab ġewwa s-saff tal-qoxra iżda wkoll parzjalment fil-parti tal-qalba, speċjalment meta hs <λd tas-saff tal-qoxra. Għalhekk, il-kanal ta 'konduzzjoni mhux biss jinsab ġewwa s-saff tal-qoxra iżda wkoll parzjalment fil-parti tal-qalba, speċjalment meta hs <λd tas-saff tal-qoxra. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, но и частично в сердцевинной части, особенно при hs < λD оболочечного слоя. Għalhekk, il-kanal ta 'konduzzjoni jinsab mhux biss ġewwa s-saff tal-qoxra, iżda wkoll parzjalment fil-parti tal-qalba, speċjalment f'HS <λd tas-saff tal-qoxra.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳壳层内部，而且部分位于芯部，尤其是当壳其是当壳层皀暀悂 HS <λd 时。 Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но и и и и и и п п п п п п п п п п. Għalhekk, il-kanal tal-konduzzjoni jinsab mhux biss ġewwa l-qoxra, iżda wkoll parzjalment fil-qalba, speċjalment f'hs < λD tal-qoxra.F'dan il-każ, kemm il-qoxra tal-elettroni mdgħajfa kompletament kif ukoll is-saff tal-qalba mdgħajfa parzjalment jgħinu biex jimmodulaw ir-reżistenza tas-CSHN kollu, li jirriżulta f'effett tad-denb tal-kamp elettriku (Fig. 8b).Xi studji oħra użaw il-kunċett tal-frazzjoni tal-volum EDL minflok denb tal-kamp elettriku biex janalizzaw l-effett HS100,148.Meta wieħed iqis dawn iż-żewġ kontribuzzjonijiet, il-modulazzjoni totali tar-reżistenza CSHN tilħaq l-akbar valur tagħha meta HS huwa komparabbli mal-għant λD, kif muri fil-Fig. 8C.Għalhekk, l-aqwa HS għal CSHN jista 'jkun viċin il-qoxra λd, li hija konsistenti ma' osservazzjonijiet sperimentali99,144,145,146,149.Bosta studji wrew li HS jista 'jaffettwa wkoll is-sensittività ta' sensers ibbażati fuq is-CSHN-heterojunction 40,148.Li et al.148 u Bai et al.40 Sistematikament investigat l-effett ta 'HS fuq il-prestazzjoni ta' sensuri CSHN PN-Heterojunction, bħal TiO2 @ Cuo u ZnO @ Nio, billi tbiddel iċ-ċiklu tal-kisi ALD.Bħala riżultat, l-imġieba sensorja inbidlet minn tip P għal N-tip biż-żieda ta 'HS40,148.Din l-imġiba hija dovuta għall-fatt li għall-ewwel (b'numru limitat ta 'ċikli ALD) eterostrutturi jistgħu jitqiesu bħala eteronanostrutturi modifikati.Għalhekk, il-kanal tal-konduzzjoni huwa limitat mis-saff tal-qalba (MOSFET tat-tip p), u s-sensor juri mġiba ta 'skoperta tat-tip p.Hekk kif in-numru ta 'ċikli ALD jiżdied, is-saff tal-kisi (MOSFET tat-tip n) isir kważi kontinwu u jaġixxi bħala kanal ta' konduzzjoni, li jirriżulta f'sensittività tat-tip n.Imġieba ta 'tranżizzjoni sensorja simili ġiet irrappurtata għal eteronanostrutturi ramifikati pn 150,151.Zhou et al.150 investigat is-sensittività ta 'Zn2SnO4@Mn3O4 eteronanostrutturi ramifikati billi tikkontrolla l-kontenut ta' Zn2SnO4 fuq il-wiċċ ta 'nanowires Mn3O4.Meta n-nuklei ta 'Zn2SnO4 iffurmaw fuq il-wiċċ ta' Mn3O4, ġiet osservata sensittività tat-tip p.B'żieda ulterjuri fil-kontenut ta 'Zn2SnO4, is-senser ibbażat fuq eteronanostrutturi ramifikati Zn2SnO4@Mn3O4 jaqleb għall-imġieba tas-sensor tat-tip n.
Hija murija deskrizzjoni kunċettwali tal-mekkaniżmu tas-sensor b'żewġ funzjonijiet tan-nanowires CS.a Modulazzjoni tar-reżistenza minħabba l-modulazzjoni radjali tal-qxur imqassma bl-elettroni, b Effett negattiv ta’ smearing fuq il-modulazzjoni tar-reżistenza, u c Modulazzjoni tar-reżistenza totali tan-nanowires CS minħabba taħlita taż-żewġ effetti 40
Bħala konklużjoni, is-sensuri tat-tip II jinkludu ħafna nanostrutturi ġerarkiċi differenti, u l-prestazzjoni tas-sensuri hija dipendenti ħafna fuq l-arranġament tal-kanali konduttivi.Għalhekk, huwa kritiku li tikkontrolla l-pożizzjoni tal-kanal tal-konduzzjoni tas-sensor u tuża mudell MOS eteronanostrutturat adattat biex tistudja l-mekkaniżmu ta 'sensing estiż tas-sensuri tat-tip II.
L-istrutturi tas-sensuri tat-Tip III mhumiex komuni ħafna, u l-kanal ta 'konduzzjoni huwa bbażat fuq heterojunction iffurmata bejn żewġ semikondutturi konnessi ma' żewġ elettrodi, rispettivament.Strutturi uniċi ta 'apparat ġeneralment jinkisbu permezz ta' tekniki ta 'mikromachining u l-mekkaniżmi ta' sensing tagħhom huma differenti ħafna miż-żewġ strutturi ta 'sensuri preċedenti.Il-kurva IV ta 'senser tat-tip III tipikament turi karatteristiċi tipiċi ta' rettifikazzjoni minħabba formazzjoni ta 'heterojunction48,152,153.Il-kurva karatteristika I-V ta 'heterojunction ideali tista' tiġi deskritta mill-mekkaniżmu termjoniku ta 'l-emissjoni ta' l-elettroni fuq l-għoli tal-barriera ta 'heterojunction152,154,155.
Fejn VA hija l-vultaġġ ta 'preġudizzju, a hija ż-żona tal-apparat, K hija l-kostanti ta' Boltzmann, T hija t-temperatura assoluta, Q hija l-ħlas tat-trasportatur, JN u JP huma d-densitajiet tal-kurrent tat-toqba u tad-diffużjoni tal-elettroni, rispettivament.Tirrappreżenta l-kurrent ta 'saturazzjoni b'lura, definit bħala: 152,154,155
Għalhekk, il-kurrent totali tal-heterojunction tal-PN jiddependi fuq il-bidla fil-konċentrazzjoni tat-trasportaturi tat-tagħbija u l-bidla fl-għoli tal-barriera tal-eterojunzjoni, kif muri fl-ekwazzjonijiet (3) u (4) 156
fejn nn0 u pp0 huma l-konċentrazzjoni ta 'elettroni (toqob) f'tip n (p-tip) Mos, \ (v_ {bi} ^ 0 \) huwa l-potenzjal inkorporat, dp (dn) huwa l-koeffiċjent ta' diffużjoni ta ' Elettroni (toqob), Ln (LP) huwa t-tul ta 'diffużjoni ta' elettroni (toqob), ΔEV (ΔEC) huwa l-bidla tal-enerġija tal-medda ta 'valenza (faxxa ta' konduzzjoni) fl-eterojunction.Għalkemm id-densità attwali hija proporzjonali għad-densità tat-trasportatur, hija proporzjonalment b'mod esponenzjali għal \ (v_ {bi} ^ 0 \).Għalhekk, il-bidla ġenerali fid-densità tal-kurrent tiddependi ħafna fuq il-modulazzjoni tal-għoli tal-barriera heterojunction.
Kif imsemmi hawn fuq, il-ħolqien ta 'MOSFETs etero-nanostrutturati (per eżempju, apparat tat-tip I u tat-tip II) jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-prestazzjoni tas-sensor, aktar milli komponenti individwali.U għal apparati tat-tip III, ir-rispons tal-eteronanostruttura jista 'jkun ogħla minn żewġ komponenti48,153 jew ogħla minn komponent wieħed76, skond il-kompożizzjoni kimika tal-materjal.Diversi rapporti wrew li r-rispons ta 'eteronanostrutturi huwa ħafna ogħla minn dak ta' komponent wieħed meta wieħed mill-komponenti ma jkunx sensittiv għall-gass fil-mira48,75,76,153.F'dan il-każ, il-gass fil-mira se jinteraġixxi biss mas-saff sensittiv u jikkawża bidla Ef tas-saff sensittiv u bidla fl-għoli tal-barriera tal-eterojunction.Imbagħad il-kurrent totali tal-apparat se jinbidel b'mod sinifikanti, peress li huwa inversament relatat mal-għoli tal-barriera tal-eterojunction skont l-ekwazzjoni.(3) u (4) 48,76,153.Madankollu, meta kemm il-komponenti tat-tip n kif ukoll tat-tip p huma sensittivi għall-gass fil-mira, il-prestazzjoni ta 'skoperta tista' tkun xi mkien bejn.José et al.76 ipproduċew sensor NO2 tal-film NiO/SnO2 poruż permezz ta 'sputtering u sabu li s-sensittività tas-sensorju kienet biss ogħla minn dik tas-senser ibbażat fuq NiO, iżda inqas minn dik tas-senser ibbażat fuq SnO2.sensor.Dan il-fenomenu huwa dovut għall-fatt li SnO2 u NiO juru reazzjonijiet opposti għal NO276.Ukoll, minħabba li ż-żewġ komponenti għandhom sensittivitajiet differenti tal-gass, jista 'jkollhom l-istess tendenza li jiskopru gassijiet ossidanti u li jnaqqsu.Per eżempju, Kwon et al.157 ippropona sensor tal-gass pn-heterojunction NiO / SnO2 permezz ta 'sputtering oblikwu, kif muri fil-Fig. 9a.Interessanti, is-sensor NiO / SnO2 pn-heterojunction wera l-istess tendenza ta 'sensittività għal H2 u NO2 (Fig. 9a).157 investigat b'mod sistematiku kif l-NO2 u l-H2 ibiddlu l-konċentrazzjonijiet tal-ġarriera u rfinaw \(V_{bi}^0\) taż-żewġ materjali bl-użu ta 'karatteristiċi IV u simulazzjonijiet tal-kompjuter (Fig. 9bd).Il-Figuri 9b u ċ juru l-abbiltà ta 'H2 u NO2 li jibdlu d-densità tal-ġarr tas-sensuri bbażati fuq p-NiO (pp0) u n-SnO2 (nn0), rispettivament.Huma wrew li pp0 ta 'p-tip NiO inbidlet ftit fl-ambjent NO2, filwaqt li nbidel b'mod drammatiku fl-ambjent H2 (Fig. 9b).Madankollu, għal SnO2 tat-tip n, nn0 iġib ruħu bil-mod oppost (Fig. 9c).Abbażi ta’ dawn ir-riżultati, l-awturi kkonkludew li meta H2 ġie applikat għas-sensor ibbażat fuq l-eterojunction NiO/SnO2 pn, żieda f’nn0 wasslet għal żieda f’Jn, u \(V_{bi}^0\) wasslet għal a decrease in the response (Fig. 9d ).Wara l-espożizzjoni għal NO2, kemm tnaqqis kbir f'nn0 f'SnO2 kif ukoll żieda żgħira f'pp0 f'NiO jwasslu għal tnaqqis kbir f'\(V_{bi}^0\), li jiżgura żieda fir-rispons sensorju (Fig. 9d). ) 157 Bħala konklużjoni, bidliet fil-konċentrazzjoni ta' trasportaturi u \(V_{bi}^0\) iwasslu għal bidliet fil-kurrent totali, li aktar jaffettwa l-kapaċità ta' skoperta.
Il-mekkaniżmu ta 'senser tas-senser tal-gass huwa bbażat fuq l-istruttura tal-apparat tat-tip III.Skennjar ta 'Mikroskopija Elettronika (SEM) Immaġini ta' sezzjoni trasversali, apparat tan-nanocoil P-NIO / N-SNO2 u proprjetajiet tas-sensuri ta 'sensur ta' heterojunction tan-nanoocoil p-NIO / N-SNO2 f'temperatura ta '200 ° C għal H2 u NO2;B, SEM ta 'sezzjoni trasversali ta' apparat C, u r-riżultati ta 'simulazzjoni ta' apparat b'saff P-NIO u saff C N-SNO2.Is-senser B P-NIO u s-senser C N-SNO2 jitkejlu u jaqblu mal-karatteristiċi I-V fl-arja niexfa u wara l-espożizzjoni għal H2 u NO2.Mappa b'żewġ dimensjonijiet tad-densità tat-toqba B f'P-NIO u mappa ta 'elettroni C fis-saff N-SNO2 bi skala ta' kulur ġew immudellati bl-użu tas-softwer Sentaurus TCAD.D Riżultati ta 'simulazzjoni li juru mappa 3D ta' P-NIO / N-SNO2 fl-arja niexfa, H2 u NO2157 fl-ambjent.
Minbarra l-proprjetajiet kimiċi tal-materjal innifsu, l-istruttura tal-apparat tat-Tip III turi l-possibbiltà li jinħolqu sensuri tal-gass li jaħdmu għal rashom, li mhux possibbli b'apparat tat-Tip I u tat-Tip II.Minħabba l-kamp elettriku inerenti tagħhom (BEF), l-istrutturi tad-dijodi tal-eterojunction pn huma komunement użati biex jibnu apparati fotovoltajċi u juru potenzjal biex isiru sensuri tal-gass fotoelettriku li jaħdmu għal rashom f'temperatura tal-kamra taħt illumination74,158,159,160,161.BEF fl-eterointerface, ikkawżat mid-differenza fil-livelli Fermi tal-materjali, jikkontribwixxi wkoll għas-separazzjoni ta 'pari ta' elettron-toqba.Il-vantaġġ ta 'sensur tal-gass fotovoltajku li jaħdem waħdu huwa l-konsum baxx ta' enerġija tiegħu peress li jista 'jassorbi l-enerġija tad-dawl li jdawwal u mbagħad jikkontrolla lilu nnifsu jew apparat minjatura ieħor mingħajr il-ħtieġa ta' sors ta 'enerġija esterna.Pereżempju, Tanuma u Sugiyama162 iffabbrikaw eterojunctions NiO/ZnO pn bħala ċelloli solari biex jattivaw sensuri tas-CO2 polikristallini bbażati fuq SnO2.Gad et al.74 irrapporta sensor tal-gass fotovoltajku li jaħdem waħdu bbażat fuq eterojunction Si/ZnO@CdS pn, kif muri fil-Figura 10a.Nanowires ZnO orjentati vertikalment tkabbru direttament fuq sottostrati tas-silikon tat-tip p biex jiffurmaw heterojunctions Si/ZnO pn.Imbagħad in-nanopartiċelli CdS ġew modifikati fuq il-wiċċ tan-nanowires ZnO permezz ta 'modifika kimika tal-wiċċ.Fuq il-fig.10a turi riżultati off-line tar-rispons tas-sensorju Si/ZnO@CdS għal O2 u etanol.Taħt l-illuminazzjoni, il-vultaġġ ta 'ċirkwit miftuħ (Voc) minħabba s-separazzjoni ta' pari ta 'elettron-toqba waqt BEP fl-eterointerface Si/ZnO jiżdied b'mod lineari man-numru ta' diodes74,161 konnessi.(5) 156,
Fejn ND, NA, u Ni huma l-konċentrazzjonijiet ta 'donaturi, aċċettaturi, u trasportaturi intrinsiċi, rispettivament, u K, T, u Q huma l-istess parametri bħal fl-ekwazzjoni ta' qabel.Meta jkunu esposti għal gassijiet ossidanti, huma estratt elettroni min-nanowires ZnO, li jwassal għal tnaqqis f'\(N_D^{ZnO}\) u Voc.Bil-maqlub, it-tnaqqis tal-gass irriżulta f'żieda fil-VOC (Fig. 10a).Meta dekorazzjoni ta 'ZnO b'nanopartiċelli CdS, elettroni fotoeċċitati fin-nanopartiċelli CdS huma injettati fil-faxxa ta' konduzzjoni ta 'ZnO u jinteraġixxu mal-gass adsorbit, u b'hekk tiżdied l-effiċjenza tal-perċezzjoni74,160.Sensor simili tal-gass fotovoltajku li jaħdem waħdu bbażat fuq Si/ZnO ġie rrappurtat minn Hoffmann et al.160, 161 (Fig. 10b).Dan is-sensor jista 'jiġi ppreparat bl-użu ta' linja ta 'nanopartiċelli ZnO funzjonalizzati bl-amine ([3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane) (amino-functionalized-SAM) u thiol ((3-mercaptopropyl)-funzjonalized, biex taġġusta l-funzjoni tax-xogħol tal-gass fil-mira għall-iskoperta selettiva ta 'NO2 (trimethoxysilane) (thiol-functionalized-SAM)) (Fig. 10b) 74,161.
Senser tal-gass fotoelettriku li jaħdem waħdu bbażat fuq l-istruttura ta 'apparat tat-tip III.Senser tal-gass fotovoltajku li jaħdem waħdu bbażat fuq Si / ZnO @ CDs, mekkaniżmu ta 'sensing li jaħdem waħdu u rispons tas-sensuri għal gassijiet ossidizzati (O2) u mnaqqsa (1000 ppm etanol) taħt dawl tax-xemx;74B Sensor tal-gass fotovoltajku li jaħdem waħdu bbażat fuq sensuri Si ZnO / ZnO u risponsi tas-sensuri għal gassijiet varji wara l-funzjonalizzazzjoni ta 'ZnO SAM b'amini terminali u thiols 161
Għalhekk, meta tiddiskuti l-mekkaniżmu sensittiv tas-sensuri tat-tip III, huwa importanti li tiddetermina l-bidla fl-għoli tal-barriera tal-eterojunction u l-abbiltà tal-gass li jinfluwenza l-konċentrazzjoni tal-ġarrier.Barra minn hekk, l-illuminazzjoni tista 'tiġġenera trasportaturi fotoġenerati li jirreaġixxu mal-gassijiet, li huwa promettenti għall-iskoperta tal-gass li taħdem għal rasha.
Kif diskuss f'din ir-reviżjoni tal-letteratura, bosta heteronanostrutturi differenti ta 'MOS ġew iffabbrikati biex itejbu l-prestazzjoni tas-sensuri.Id-database tal-Web of Science ġiet imfittxija għal diversi kliem prinċipali (kompożiti tal-ossidu tal-metall, ossidi tal-metall tal-qalba-għata, ossidi tal-metall b'saffi, u analizzaturi tal-gass li jaħdmu waħedhom) kif ukoll karatteristiċi distintivi (abbundanza, sensittività/selettività, potenzjal tal-ġenerazzjoni tal-enerġija, manifattura) -Metodu Il-karatteristiċi ta 'tlieta minn dawn it-tliet apparati huma murija fit-Tabella 2. Il-kunċett ġenerali tad-disinn għal sensuri tal-gass ta' prestazzjoni għolja huwa diskuss billi jiġu analizzati t-tliet fatturi ewlenin proposti minn Yamazoe.Mekkaniżmi għal Sensuri Eterostruttura MOS Biex tifhem il-fatturi li jinfluwenzaw is-sensuri tal-gass, diversi parametri MOS (eż., daqs tal-qamħ, temperatura operattiva, difett u densità ta 'vakanza ta' ossiġnu, pjani tal-kristall miftuħa) ġew studjati bir-reqqa.L-istruttura tal-apparat, li hija wkoll kritika għall-imġieba tas-sensing tas-sensor, ġiet traskurata u rari ġiet diskussa.Din ir-reviżjoni tiddiskuti l-mekkaniżmi sottostanti għall-iskoperta ta 'tliet tipi tipiċi ta' struttura tal-apparat.
L-istruttura tad-daqs tal-qamħ, il-metodu tal-manifattura, u n-numru ta 'eterojunctions tal-materjal sensing f'sensor tat-Tip I jistgħu jaffettwaw ħafna s-sensittività tas-sensor.Barra minn hekk, l-imġieba tas-sensor hija affettwata wkoll mill-proporzjon molari tal-komponenti.Strutturi tal-apparat tat-Tip II (eteronanostrutturi dekorattivi, films b'żewġ saffi jew b'ħafna saffi, HSSNs) huma l-aktar strutturi tal-apparat popolari li jikkonsistu f'żewġ komponenti jew aktar, u komponent wieħed biss huwa konness mal-elettrodu.Għal din l-istruttura tal-apparat, id-determinazzjoni tal-post tal-kanali tal-konduzzjoni u l-bidliet relattivi tagħhom hija kritika fl-istudju tal-mekkaniżmu tal-perċezzjoni.Minħabba li l-apparati tat-tip II jinkludu ħafna eteronanostrutturi ġerarkiċi differenti, ġew proposti ħafna mekkaniżmi ta 'sensing differenti.Fi struttura sensorja tat-tip III, il-kanal tal-konduzzjoni huwa ddominat minn heterojunction iffurmat fl-eterojunction, u l-mekkaniżmu ta 'perċezzjoni huwa kompletament differenti.Għalhekk, huwa importanti li tiddetermina l-bidla fl-għoli tal-barriera tal-eterojunction wara l-espożizzjoni tal-gass fil-mira għas-sensor tat-tip III.B'dan id-disinn, sensors tal-gass fotovoltajċi li jaħdmu waħedhom jistgħu jsiru biex jitnaqqas il-konsum tal-enerġija.Madankollu, peress li l-proċess ta 'fabbrikazzjoni attwali huwa pjuttost ikkumplikat u s-sensittività hija ħafna aktar baxxa minn sensuri tal-gass kimo-reżistivi tradizzjonali bbażati fuq MOS, għad hemm ħafna progress fir-riċerka ta' sensuri tal-gass li jaħdmu għal rashom.
Il-vantaġġi ewlenin tas-sensuri MOS tal-gass b'eteronanostrutturi ġerarkiċi huma l-veloċità u s-sensittività ogħla.Madankollu, xi problemi ewlenin ta 'sensuri tal-gass MOS (eż., temperatura operattiva għolja, stabbiltà fit-tul, selettività fqira u riproduċibbiltà, effetti ta' umdità, eċċ.) Għadhom jeżistu u jeħtieġ li jiġu indirizzati qabel ma jkunu jistgħu jintużaw f'applikazzjonijiet prattiċi.Is-sensuri tal-gass MOS moderni tipikament joperaw f'temperaturi għoljin u jikkunsmaw ħafna enerġija, li taffettwa l-istabbiltà fit-tul tas-sensor.Hemm żewġ approċċi komuni biex tissolva din il-problema: (1) żvilupp ta 'ċipep tas-sensorju ta' enerġija baxxa;(2) żvilupp ta 'materjali sensittivi ġodda li jistgħu joperaw f'temperatura baxxa jew saħansitra f'temperatura tal-kamra.Approċċ wieħed għall-iżvilupp ta 'ċipep tas-sensor ta' enerġija baxxa huwa li jimminimizza d-daqs tas-sensor billi jiffabbrika pjanċi ta 'mikrotisħin ibbażati fuq ċeramika u silikon163.Il-pjanċi tat-tisħin mikro bbażati fuq iċ-ċeramika jikkunsmaw madwar 50-70 mV għal kull sensor, filwaqt li l-pjanċi tat-tisħin mikro bbażati fuq is-silikon ottimizzati jistgħu jikkunsmaw mill-inqas 2 mW għal kull sensor meta joperaw kontinwament f'300 °C163,164.L-iżvilupp ta 'materjali sensing ġodda huwa mod effettiv biex jitnaqqas il-konsum tal-enerġija billi titbaxxa t-temperatura operattiva, u jista' wkoll itejjeb l-istabbiltà tas-sensorju.Hekk kif id-daqs tal-MOS ikompli jitnaqqas biex tiżdied is-sensittività tas-sensor, l-istabbiltà termali tal-MOS issir aktar sfida, li tista 'twassal għal drift fis-sinjal tas-sensor165.Barra minn hekk, temperatura għolja tippromwovi t-tixrid ta 'materjali fl-eterointerface u l-formazzjoni ta' fażijiet imħallta, li taffettwa l-proprjetajiet elettroniċi tas-sensor.Ir-riċerkaturi jirrappurtaw li t-temperatura operattiva ottima tas-sensor tista 'titnaqqas billi jintgħażlu materjali ta' sensing adattati u jiżviluppaw eteronanostrutturi MOS.It-tfittxija għal metodu ta 'temperatura baxxa għall-fabbrikazzjoni ta' eteronanostrutturi MOS kristallini ħafna hija approċċ promettenti ieħor biex tittejjeb l-istabbiltà.
Is-selettività tas-sensuri MOS hija kwistjoni prattika oħra peress li gassijiet differenti jeżistu flimkien mal-gass fil-mira, filwaqt li s-sensuri MOS ħafna drabi huma sensittivi għal aktar minn gass wieħed u ħafna drabi juru sensittività trasversali.Għalhekk, iż-żieda tas-selettività tas-sensor għall-gass fil-mira kif ukoll għal gassijiet oħra hija kritika għal applikazzjonijiet prattiċi.Matul l-aħħar ftit deċennji, l-għażla ġiet parzjalment indirizzata billi jinbnew arrays ta’ sensuri tal-gass imsejħa “imnieħer elettroniċi (imnieħer E)” flimkien ma’ algoritmi ta’ analiżi komputazzjonali bħal kwantizzazzjoni tal-vettur tat-taħriġ (LVQ), analiżi tal-komponenti prinċipali (PCA), eċċ e.Problemi sesswali.Parzjali Least Squares (PLS), eċċ. 31, 32, 33, 34. Żewġ fatturi ewlenin (in-numru ta 'sensors, li huma relatati mill-qrib mat-tip ta' materjal sensing, u analiżi komputazzjonali) huma kritiċi għat-titjib tal-kapaċità tal-imnieħer elettroniċi biex tidentifika gassijiet169.Madankollu, iż-żieda tan-numru ta 'sensuri ġeneralment teħtieġ ħafna proċessi ta' manifattura kumplessi, għalhekk huwa kritiku li jinstab metodu sempliċi biex ittejjeb il-prestazzjoni tal-imnieħer elettroniċi.Barra minn hekk, il-modifika tal-MOS b'materjali oħra tista 'wkoll iżid is-selettività tas-sensor.Pereżempju, skoperta selettiva ta 'H2 tista' tinkiseb minħabba l-attività katalitika tajba ta 'MOS modifikat b'NP Pd.F'dawn l-aħħar snin, xi riċerkaturi kisi l-wiċċ MOS MOF biex itejbu s-selettività tas-sensorju permezz tal-esklużjoni tad-daqs171,172.Ispirata minn dan ix-xogħol, il-funzjonalizzazzjoni tal-materjal tista 'b'xi mod issolvi l-problema tas-selettività.Madankollu, għad fadal ħafna xogħol xi jsir fl-għażla tal-materjal it-tajjeb.
Ir-ripetibbiltà tal-karatteristiċi tas-sensuri manifatturati taħt l-istess kundizzjonijiet u metodi hija rekwiżit importanti ieħor għal produzzjoni fuq skala kbira u applikazzjonijiet prattiċi.Tipikament, il-metodi ta 'ċentrifugazzjoni u dippjar huma metodi ta' spiża baxxa għall-fabbrikazzjoni ta 'sensors tal-gass ta' throughput għoli.Madankollu, matul dawn il-proċessi, il-materjal sensittiv għandu t-tendenza li jaggrega u r-relazzjoni bejn il-materjal sensittiv u s-sottostrat issir dgħajfa68, 138, 168. Bħala riżultat, is-sensittività u l-istabbiltà tas-sensor jiddeterjoraw b'mod sinifikanti, u l-prestazzjoni ssir riproduċibbli.Metodi oħra ta 'fabbrikazzjoni bħal sputtering, ALD, depożizzjoni bil-laser pulsat (PLD), u depożizzjoni fiżika tal-fwar (PVD) jippermettu l-produzzjoni ta' films MOS b'żewġ saffi jew b'ħafna saffi direttament fuq sottostrati ta 'silikon jew alumina disinji.Dawn it-tekniki jevitaw l-akkumulazzjoni ta 'materjali sensittivi, jiżguraw ir-riproduċibbiltà tas-sensuri, u juru l-fattibilità ta' produzzjoni fuq skala kbira ta 'sensors planari ta' film irqiq.Madankollu, is-sensittività ta 'dawn il-films ċatti ġeneralment hija ħafna inqas minn dik ta' materjali nanostrutturati 3D minħabba l-erja tal-wiċċ speċifika żgħira tagħhom u l-permeabilità baxxa tal-gass41,174.Strateġiji ġodda għat-tkabbir ta 'eteronanostrutturi MOS f'postijiet speċifiċi fuq mikroarrays strutturati u jikkontrollaw b'mod preċiż id-daqs, il-ħxuna u l-morfoloġija ta' materjali sensittivi huma kritiċi għall-fabbrikazzjoni bi prezz baxx ta 'sensors ta' livell ta 'wejfer b'riproduċibbiltà u sensittività għolja.Per eżempju, Liu et al.174 ippropona strateġija magħquda minn fuq għal isfel u minn isfel għal fuq għall-fabbrikazzjoni ta 'kristalliti ta' produzzjoni għolja billi jikbru in situ Ni(OH)2 nanowalls f'postijiet speċifiċi..Wejfers għal mikroburners.
Barra minn hekk, huwa wkoll importanti li jiġi kkunsidrat l-effett tal-umdità fuq is-sensor f'applikazzjonijiet prattiċi.Il-molekuli ta 'l-ilma jistgħu jikkompetu ma' molekuli ta 'ossiġnu għal siti ta' adsorbiment fil-materjali tas-sensorju u jaffettwaw ir-responsabbiltà tas-sensur għall-gass fil-mira.Bħall-ossiġnu, l-ilma jaġixxi bħala molekula permezz ta 'sorbiment fiżiku, u jista' jeżisti wkoll fil-forma ta 'radikali hydroxyl jew gruppi idroksil f'varjetà ta' stazzjonijiet ta 'ossidazzjoni permezz ta' kimiassorbiment.Barra minn hekk, minħabba l-livell għoli u l-umdità varjabbli tal-ambjent, rispons affidabbli tas-sensor għall-gass fil-mira hija problema kbira.Ġew żviluppati diversi strateġiji biex jindirizzaw din il-problema, bħall-prekonċentrazzjoni tal-gass177, il-kumpens tal-umdità u l-metodi tal-kannizzata cross-reactive178, kif ukoll metodi tat-tnixxif179,180.Madankollu, dawn il-metodi huma għaljin, kumplessi, u jnaqqsu s-sensittività tas-sensor.Ġew proposti diversi strateġiji rħas biex jrażżnu l-effetti tal-umdità.Pereżempju, id-dekorazzjoni ta 'SnO2 b'nanopartiċelli Pd tista' tippromwovi l-konverżjoni ta 'ossiġnu adsorbit f'partiċelli anjoniċi, filwaqt li l-funzjonalizzazzjoni ta' SnO2 b'materjali b'affinità għolja għall-molekuli tal-ilma, bħal NiO u CuO, huma żewġ modi kif tiġi evitata d-dipendenza tal-umdità fuq molekuli tal-ilma..Sensuri 181, 182, 183. Barra minn hekk, l-effett ta 'l-umdità jista' wkoll jitnaqqas bl-użu ta 'materjali idrofobiċi biex jiffurmaw uċuħ idrofobiċi36,138,184,185.Madankollu, l-iżvilupp ta 'sensuri tal-gass reżistenti għall-umdità għadu fi stadju bikri, u huma meħtieġa strateġiji aktar avvanzati biex jindirizzaw dawn il-kwistjonijiet.
Bħala konklużjoni, titjib fil-prestazzjoni ta 'skoperta (eż., sensittività, selettività, temperatura operattiva ottimali baxxa) inkiseb bil-ħolqien ta' eteronanostrutturi MOS, u ġew proposti diversi mekkaniżmi ta 'skoperta mtejba.Meta tistudja l-mekkaniżmu ta 'sensing ta' sensor partikolari, l-istruttura ġeometrika tal-apparat għandha titqies ukoll.Ir-riċerka f'materjali ta' sensing ġodda u r-riċerka fi strateġiji avvanzati ta' fabbrikazzjoni se jkunu meħtieġa biex itejbu aktar il-prestazzjoni tas-sensuri tal-gass u jindirizzaw l-isfidi li fadal fil-futur.Għall-irfinar ikkontrollat tal-karatteristiċi tas-sensuri, huwa meħtieġ li tinbena sistematikament ir-relazzjoni bejn il-metodu sintetiku tal-materjali tas-sensorju u l-funzjoni tal-eteronanostrutturi.Barra minn hekk, l-istudju tar-reazzjonijiet tal-wiċċ u l-bidliet fl-eterointerfaces bl-użu ta 'metodi ta' karatterizzazzjoni moderni jista 'jgħin biex jiċċara l-mekkaniżmi tal-perċezzjoni tagħhom u jipprovdi rakkomandazzjonijiet għall-iżvilupp ta' sensuri bbażati fuq materjali eteronanostrutturati.Fl-aħħarnett, l-istudju ta 'strateġiji moderni ta' fabbrikazzjoni tas-sensuri jista 'jippermetti l-fabbrikazzjoni ta' sensuri tal-gass minjatura fil-livell tal-wejfer għall-applikazzjonijiet industrijali tagħhom.
Genzel, NN et al.Studju lonġitudinali ta 'livelli ta' dijossidu tan-nitroġenu fuq ġewwa u sintomi respiratorji fi tfal bl-ażma f'żoni urbani.lokal.Perspettiva tas-saħħa.116, 1428–1432 (2008).
Ħin tal-post: Nov-04-2022
