Tha leasachadh mothachairean gas àrd-choileanadh, so-ghiùlain agus miniaturized a’ faighinn barrachd aire ann an raointean sgrùdadh àrainneachd, tèarainteachd, breithneachadh meidigeach agus àiteachas.Am measg grunn innealan lorg, is e mothachairean gas chemo-resistive meatailt-ocsaid (MOS) an roghainn as mòr-chòrdte airson tagraidhean malairteach air sgàth an seasmhachd àrd, cosgais ìosal agus cugallachd àrd.Is e aon de na dòighean-obrach as cudromaiche airson tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air coileanadh an sensor a bhith a’ cruthachadh heterojunctions stèidhichte air MOS nanosized (MOS hetero-nanostructured) bho nano-stuthan MOS.Ach, tha an dòigh mothachaidh aig sensor MOS heteronanostructured eadar-dhealaichte bho inneal aon sensor gas MOS, oir tha e gu math toinnte.Tha diofar pharaimearan a’ toirt buaidh air coileanadh mothachaidh, a’ toirt a-steach feartan fiosaigeach is ceimigeach an stuth mothachail (leithid meud gràin, dùmhlachd easbhaidh, agus beàrnan ocsaidean stuthan), teòthachd obrachaidh, agus structar inneal.Tha an lèirmheas seo a’ taisbeanadh grunn bhun-bheachdan airson a bhith a’ dealbhadh luchd-mothachaidh gas àrd-choileanadh le bhith a’ dèanamh anailis air uidheamachd mothachaidh mothachairean MOS nanostructured heterogeneous.A bharrachd air an sin, thathas a ’bruidhinn air buaidh structar geoimeatrach an inneil, air a dhearbhadh leis a’ cheangal eadar an stuth mothachail agus an dealan obrach.Gus giùlan mothachaidh a sgrùdadh gu riaghailteach, tha an artaigil seo a’ toirt a-steach agus a’ beachdachadh air an dòigh choitcheann airson tuigse air trì structaran geoimeatrach àbhaisteach de dh’ innealan stèidhichte air diofar stuthan heteronanostructured.Bidh an ath-shealladh seo mar stiùireadh do luchd-leughaidh san àm ri teachd a bhios a’ sgrùdadh uidheamachdan mothachail mothachairean gas agus a’ leasachadh mothachairean gas àrd-choileanadh.
Tha truailleadh èadhair na dhuilgheadas a tha a’ sìor fhàs nas miosa agus na fhìor dhuilgheadas àrainneachd cruinneil a tha a’ bagairt mathas dhaoine agus dhaoine beò.Faodaidh inhaladh truailleadh gasach mòran dhuilgheadasan slàinte adhbhrachadh leithid galair analach, aillse sgamhain, leucemia agus eadhon bàs ro-luath1,2,3,4.Bho 2012 gu 2016, chaidh aithris gu robh milleanan de dhaoine air bàsachadh le truailleadh èadhair, agus gach bliadhna, bha na billeanan de dhaoine fosgailte do dhroch chàileachd adhair5.Mar sin, tha e cudromach mothachairean gas so-ghiùlain agus miniaturized a leasachadh a bheir seachad fios air ais fìor-ùine agus coileanadh lorg àrd (me, cugallachd, roghnachas, seasmhachd, agus amannan freagairt is faighinn seachad air).A bharrachd air sgrùdadh àrainneachd, tha àite deatamach aig mothachairean gas ann an sàbhailteachd6,7,8, diagnosachd meidigeach9,10, tuathanachas-uisge11 agus raointean eile12.
Gu ruige seo, chaidh grunn luchd-mothachaidh gas so-ghiùlain stèidhichte air diofar dhòighean mothachaidh a thoirt a-steach, leithid mothachairean optigeach13,14,15,16,17,18, electrochemical19,20,21,22 agus mothachaidhean ceimigeach an aghaidh23,24.Nam measg, is e mothachairean resistant ceimigeach meatailt-ocsaid-leth-chonnaidh (MOS) an fheadhainn as mòr-chòrdte ann an tagraidhean malairteach air sgàth an seasmhachd àrd agus cosgais ìosal25,26.Faodar an dùmhlachd truaillidh a dhearbhadh dìreach le bhith a’ lorg an atharrachaidh ann an strì an aghaidh MOS.Tràth anns na 1960n, chaidh aithris air a’ chiad luchd-mothachaidh gas chemo-resistive stèidhichte air filmichean tana ZnO, a’ togail ùidh mhòr ann an raon lorg gas27,28.An-diugh, thathas a’ cleachdadh mòran de dhiofar MOS mar stuthan a tha mothachail air gas, agus faodar an roinn ann an dà roinn a rèir am feartan fiosaigeach: n-seòrsa MOS le dealanan mar a’ mhòr-chuid de luchd-giùlan cosgais agus p-seòrsa MOS le tuill mar a’ mhòr-chuid a’ cur cosgais air luchd-giùlan.luchd-giùlain cosgais.San fharsaingeachd, chan eil am p-type MOS cho mòr-chòrdte ris an n-type MOS oir tha freagairt inductive an seòrsa p-type MOS (Sp) co-rèireach ri freumh ceàrnagach an n-seòrsa MOS (\(S_p = \ sqrt {). S_n} \ ) ) aig na h-aon bharailean (mar eisimpleir, an aon structar moirfeòlais agus an aon atharrachadh ann an lùbadh nam bannan san adhar) 29,30.Ach, tha duilgheadasan fhathast aig mothachairean aon-bhunait MOS leithid crìoch lorgaidh gu leòr, cugallachd ìosal agus roghnachas ann an tagraidhean practaigeach.Faodar dèiligeadh ri cùisean roghnachd gu ìre le bhith a’ cruthachadh arrays de luchd-mothachaidh (ris an canar “sròinean dealanach”) agus a’ toirt a-steach algoirmean mion-sgrùdadh coimpiutaireachd leithid tomhas vectar trèanaidh (LVQ), mion-sgrùdadh prìomh phàirtean (PCA), agus mion-sgrùdadh pàirt de cheàrnagan as lugha (PLS)31 , 32, 33, 34, 35. A bharrachd air an sin, tha cinneasachadh ìosal-thomhas MOS32,36,37,38,39 (me nano-stuthan aon-thaobhach (1D), 0D agus 2D), a bharrachd air cleachdadh stuthan eile ( me MOS40,41,42 , nanoparticles meatailt uasal (NPs))43,44, nano-stuthan gualain45,46 agus polymers giùlain47,48) gus heterojunctions nanoscale a chruthachadh (ie, MOS heteronanostructured) nam dòighean eile as fheàrr leotha gus na duilgheadasan gu h-àrd fhuasgladh.An coimeas ri filmichean MOS tiugh traidiseanta, faodaidh MOS le tomhas ìosal le farsaingeachd uachdar sònraichte àrd làraich nas gnìomhaiche a thoirt seachad airson sùghadh gas agus sgaoileadh gas36,37,49 a dhèanamh comasach.A bharrachd air an sin, faodaidh dealbhadh heteronanostructures stèidhichte air MOS barrachd còmhdhail luchd-giùlain a ghleusadh aig an eadar-aghaidh hetero, a’ leantainn gu atharrachaidhean mòra ann an strì mar thoradh air diofar ghnìomhan obrachaidh50,51,52.A bharrachd air an sin, faodaidh cuid de na buaidhean ceimigeach (me, gnìomhachd catalytach agus ath-bheachdan uachdar synergistic) a tha a’ nochdadh ann an dealbhadh heteronanostructures MOS cuideachd coileanadh mothachaidh a leasachadh.50,53,54 Ged a bhiodh dealbhadh agus saothrachadh heteronanostructures MOS na dhòigh gealltanach airson leasachadh. coileanadh mothachaidh, mar as trice bidh mothachairean chemo-resistive an latha an-diugh a’ cleachdadh deuchainn agus mearachd, a tha a’ toirt ùine agus neo-èifeachdach.Mar sin, tha e cudromach tuigsinn uidheamachd mothachaidh gas stèidhichte air MOS oir is urrainn dha dealbhadh mothachairean stiùiridh àrd-choileanadh a stiùireadh.
Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha mothachairean gas MOS air leasachadh gu luath agus chaidh cuid de na h-aithisgean fhoillseachadh air nanostructures MOS55,56,57, mothachairean gas teòthachd an t-seòmair58,59, stuthan mothachaidh MOS sònraichte60,61,62 agus mothachairean gas sònraichte63.Tha pàipear ath-bhreithneachaidh ann an Lèirmheasan Eile a 'cuimseachadh air a bhith a' soilleireachadh uidheamachd mothachaidh luchd-mothachaidh gas stèidhichte air feartan corporra agus ceimigeach gnèitheach MOS, a 'gabhail a-steach àite dreuchdan bàn ocsaidean 64 , àite heteronanostructures 55, 65 agus gluasad cosgais aig heterointerfaces 66. A bharrachd air sin , tha mòran paramadairean eile a 'toirt buaidh air coileanadh mothachaidh, a' gabhail a-steach heterostructure, meud gràin, teòthachd obrachaidh, dùmhlachd easbhaidh, beàrnan ocsaidean, agus eadhon plèanaichean criostail fosgailte den stuth mothachail25,67,68,69,70,71.72, 73. Ach, tha structar geoimeatrach (glè thric air ainmeachadh) an inneil, air a dhearbhadh leis a 'cheangal eadar an stuth mothachaidh agus an dealan-dealain obrach, cuideachd a' toirt buaidh mhòr air cugallachd an sensor74,75,76 (faic earrann 3 airson tuilleadh fiosrachaidh) .Mar eisimpleir, Kumar et al.Thug 77 cunntas air dà sensor gas stèidhichte air an aon stuth (me, mothachairean gas dà-fhilleadh stèidhichte air TiO2@NiO agus NiO@TiO2) agus chunnaic iad atharrachaidhean eadar-dhealaichte ann an strì an aghaidh gas NH3 mar thoradh air diofar geoimeatraidh inneal.Mar sin, nuair a thathar a’ dèanamh anailis air uidheamachd mothachaidh gas, tha e cudromach aire a thoirt do structar an inneil.Anns an ath-bhreithneachadh seo, tha na h-ùghdaran a 'cuimseachadh air dòighean lorgaidh stèidhichte air MOS airson diofar nanostructures heterogeneous agus structaran innealan.Tha sinn den bheachd gum faod an lèirmheas seo a bhith na stiùireadh do luchd-leughaidh a tha airson dòighean lorg gas a thuigsinn agus a sgrùdadh agus gun urrainn dha cur ri leasachadh mothachairean gas àrd-choileanadh san àm ri teachd.
Air fige.Tha 1a a’ sealltainn a’ mhodail bhunaiteach de dh’ inneal mothachaidh gas stèidhichte air aon MOS.Mar a bhios an teòthachd ag èirigh, bidh sùghadh moileciuilean ocsaidean (O2) air uachdar MOS a’ tàladh dealanan bhon MOS agus a’ cruthachadh gnèithean anionic (leithid O2- agus O-).An uairsin, bidh còmhdach dòrtadh dealanach (EDL) airson MOS n-seòrsa no còmhdach cruinneachaidh toll (HAL) airson MOS seòrsa p air a chruthachadh air uachdar an MOS 15, 23, 78. An eadar-obrachadh eadar O2 agus an Tha MOS ag adhbhrachadh gum bi còmhlan giùlain an uachdar MOS a 'lùbadh suas agus a' cruthachadh cnap-starra a dh'fhaodadh a bhith ann.Às deidh sin, nuair a tha an sensor fosgailte don gas targaid, bidh an gas a tha air a shanasachadh air uachdar an MOS ag ath-fhreagairt le gnèithean ocsaidean ionic, an dàrna cuid a ’tàladh dealanan (gas oxidizing) no a’ toirt seachad dealanan (a ’lughdachadh gas).Faodaidh gluasad dealanach eadar an gas targaid agus an MOS leud an EDL no HAL30,81 atharrachadh agus mar thoradh air sin bidh atharrachadh ann an strì iomlan an sensor MOS.Mar eisimpleir, airson gas lughdachaidh, thèid dealanan a ghluasad bhon ghas lughdachadh gu MOS n-seòrsa, a’ leantainn gu EDL nas ìsle agus strì nas ìsle, ris an canar giùlan mothachaidh seòrsa n.An coimeas ri sin, nuair a tha MOS seòrsa p fosgailte do ghas lughdachadh a tha a’ dearbhadh giùlan cugallachd seòrsa-p, bidh an HAL a’ crìonadh agus bidh an aghaidh ag àrdachadh mar thoradh air tabhartas dealanach.Airson gasaichean oxidizing, tha am freagairt mothachaidh mu choinneamh freagairt airson lughdachadh gasaichean.
Innealan lorg bunaiteach airson MOS seòrsa n agus seòrsa p airson gasaichean a lughdachadh agus ocsaideanachadh b Prìomh fhactaran agus feartan fiosaigeach-cheimiceach no stuthan stuthan a tha an sàs ann an mothachairean gas semiconductor 89
A bharrachd air an uidheamachd lorgaidh bunaiteach, tha na h-innealan lorg gas a thathas a’ cleachdadh ann an mothachairean gas practaigeach gu math toinnte.Mar eisimpleir, feumaidh fìor chleachdadh mothachaidh gas coinneachadh ri mòran riatanasan (leithid cugallachd, roghnachas agus seasmhachd) a rèir feumalachdan an neach-cleachdaidh.Tha dlùth cheangal aig na riatanasan sin ri feartan fiosaigeach agus ceimigeach an stuth mothachail.Mar eisimpleir, sheall Xu et al.71 gu bheil mothachairean stèidhichte air SnO2 a’ coileanadh an cugallachd as àirde nuair a tha an trast-thomhas criostal (d) co-ionann no nas lugha na dà uair na fad Debye (λD) de SnO271.Nuair a tha d ≤ 2λD, tha SnO2 air a dhol sìos gu tur às deidh a bhith a 'toirt a-steach moileciuil O2, agus tha freagairt an sensor don ghas lùghdachaidh as àirde.A bharrachd air an sin, faodaidh grunn pharaimearan eile buaidh a thoirt air coileanadh mothachaidh, a’ toirt a-steach teòthachd obrachaidh, uireasbhaidhean criostail, agus eadhon plèanaichean criostail fosgailte den stuth mothachaidh.Gu sònraichte, tha buaidh na teodhachd obrachaidh air a mhìneachadh leis a ’cho-fharpais a dh’ fhaodadh a bhith ann eadar ìrean desorption agus desorption gas targaid, a bharrachd air reactivity uachdar eadar moileciuilean gas adsorbed agus gràinean ocsaidean4,82.Tha buaidh lochdan criostail ceangailte gu làidir ri susbaint beàrnan ocsaidean [83, 84].Faodaidh buaidh a thoirt air gnìomhachd an sensor cuideachd le reactivity eadar-dhealaichte de aghaidhean criostail fosgailte67,85,86,87.Bidh plèanaichean criostail fosgailte le dùmhlachd nas ìsle a’ nochdadh barrachd cations meatailt neo-cho-òrdanaichte le lùths nas àirde, a bhrosnaicheas sùghadh uachdar agus reactivity88.Tha Clàr 1 a’ liostadh grunn phrìomh nithean agus na dòighean lèirsinneach leasaichte co-cheangailte riutha.Mar sin, le bhith ag atharrachadh nam paramadairean stuthan sin, faodar coileanadh lorg a leasachadh, agus tha e deatamach na prìomh nithean a tha a’ toirt buaidh air coileanadh mothachaidh a dhearbhadh.
Rinn Yamazoe89 agus Shimanoe et al.68,71 grunn sgrùdaidhean air uidheamachd teòiridheach tuigse mothachaidh agus mhol iad trì prìomh nithean neo-eisimeileach a bheir buaidh air coileanadh mothachaidh, gu sònraichte gnìomh gabhadair, gnìomh transducer, agus goireasachd (Fig. 1b)..Tha gnìomh gabhadair a’ toirt iomradh air comas uachdar MOS eadar-obrachadh le moileciuilean gas.Tha an gnìomh seo ceangailte gu dlùth ri feartan ceimigeach MOS agus faodar a leasachadh gu mòr le bhith a’ toirt a-steach luchd-gabhail cèin (mar eisimpleir, NPan meatailt agus MOS eile).Tha an gnìomh transducer a 'toirt iomradh air a' chomas air an ath-bhualadh eadar an gas agus uachdar MOS a thionndadh gu comharra dealain air a riaghladh le crìochan gràin an MOS.Mar sin, tha buaidh mhòr aig gnìomh mothachaidh le meud mìrean MOC agus dùmhlachd luchd-gabhail cèin.Dh'aithris Katoch et al.90 gun tug lughdachadh meud gràin de ZnO-SnO2 nanofibrils gu buil grunn heterojunctions agus barrachd mothachaidh mothachaidh, co-chòrdail ri gnìomhachd transducer.Rinn Wang et al.91 coimeas eadar diofar mheudan gràin de Zn2GeO4 agus sheall e àrdachadh 6.5-fhillte ann an mothachadh mothachaidh às deidh crìochan gràin a thoirt a-steach.Tha goireas na phrìomh fheart coileanaidh mothachaidh eile a tha a’ toirt cunntas air na tha ri fhaighinn de ghas don structar MOS a-staigh.Mura h-urrainn dha moileciuilean gas a dhol a-steach agus freagairt leis an MOS a-staigh, thèid cugallachd an sensor a lughdachadh.Tha cho feumail sa tha dlùth cheangal ri doimhneachd sgaoilidh gas sònraichte, a tha an urra ri meud pore an stuth mothachaidh.Sakai et al.Mhìnich 92 cugallachd an sensor gu gasaichean luidh agus lorg e gu bheil an dà chuid cuideam moileciuil a’ ghas agus radius pore an membran mothachaidh a’ toirt buaidh air cugallachd an sensor aig diofar dhoimhneachd sgaoilidh gas anns an membran mothachaidh.Tha an deasbad gu h-àrd a’ sealltainn gum faodar mothachairean gas àrd-choileanadh a leasachadh le bhith a’ cothromachadh agus a’ dèanamh an fheum as fheàrr de ghnìomhachd gabhadair, gnìomh transducer, agus goireasachd.
Tha an obair gu h-àrd a’ soilleireachadh an dòigh tuigse bhunaiteach de aon MOS agus a’ beachdachadh air grunn nithean a bheir buaidh air coileanadh MOS.A bharrachd air na factaran sin, faodaidh mothachairean gas stèidhichte air heterostructures tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air coileanadh mothachaidh le bhith a’ leasachadh gu mòr gnìomhan mothachaidh is gabhadair.A bharrachd air an sin, faodaidh heteronanostructures tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air coileanadh mothachaidh le bhith ag àrdachadh ath-bheachdan catalytic, a’ riaghladh gluasad cosgais, agus a’ cruthachadh barrachd làraich sùghaidh.Gu ruige seo, chaidh mòran de luchd-mothachaidh gas stèidhichte air heteronanostructures MOS a sgrùdadh gus beachdachadh air dòighean airson mothachadh nas fheàrr95,96,97.Miller et al.Thug 55 geàrr-chunntas air grunn dhòighean a tha dualtach cugallachd heteronanostructures a leasachadh, a’ gabhail a-steach a bhith an urra ri uachdar, an urra ri eadar-aghaidh, agus an urra ri structar.Nam measg, tha an uidheamachd leudachaidh a tha an urra ri eadar-aghaidh ro iom-fhillte airson a bhith a’ còmhdach a h-uile eadar-obrachadh eadar-aghaidh ann an aon teòiridh, leis gum faodar diofar luchd-mothachaidh stèidhichte air stuthan heteronanostructured (mar eisimpleir, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, msaa) a chleachdadh .snaidhm Schottky).Mar as trice, bidh mothachairean heteronanostructured stèidhichte air MOS an-còmhnaidh a’ toirt a-steach dà inneal mothachaidh adhartach no barrachd98,99,100.Faodaidh buaidh synergistic nan dòighean leudachaidh sin cur ri fàilteachadh agus giullachd chomharran mothachaidh.Mar sin, tha e deatamach gun tuig thu uidheamachd mothachaidh stèidhichte air stuthan nanostructured heterogeneous gus luchd-rannsachaidh a chuideachadh le bhith a’ leasachadh mothachairean gas bhon bhonn gu h-àrd a rèir am feumalachdan.A bharrachd air an sin, faodaidh structar geoimeatrach an inneil buaidh mhòr a thoirt air cugallachd an sensor 74, 75, 76. Gus sgrùdadh eagarach a dhèanamh air giùlan an sensor, thèid uidheamachdan mothachaidh trì structaran inneal stèidhichte air diofar stuthan heteronanostructured a thaisbeanadh. agus air a dheasbad gu h-ìosal.
Le leasachadh luath air mothachairean gas stèidhichte air MOS, chaidh diofar MOS hetero-nanostructured a mholadh.Tha an gluasad cosgais aig an heterointerface an urra ris na diofar ìrean Fermi (Ef) de na pàirtean.Aig an heterointerface, bidh dealanan a 'gluasad bho aon taobh le Ef nas motha chun an taobh eile le Ef nas lugha gus an ruig na h-ìrean Fermi aca cothromachadh, agus tuill, vice versa.An uairsin tha na luchd-còmhdhail aig an heterointerface air an crìonadh agus a 'cruthachadh còmhdach crìonadh.Aon uair ‘s gu bheil an sensor fosgailte don gas targaid, bidh an dùmhlachd giùlan MOS heteronanostructured ag atharrachadh, mar a tha àirde a’ chnap-starra, agus mar sin ag àrdachadh a ’chomharra lorg.A bharrachd air an sin, tha diofar dhòighean air heteronanostructures a dhèanamh a’ leantainn gu dàimhean eadar-dhealaichte eadar stuthan agus electrodan, a tha a’ leantainn gu diofar geoimeatraidh innealan agus diofar dhòighean mothachaidh.Anns an ath-bhreithneachadh seo, tha sinn a 'moladh trì structaran inneal geoimeatrach agus a' beachdachadh air an dòigh mothachaidh airson gach structar.
Ged a tha pàirt glè chudromach aig heterojunctions ann an coileanadh lorg gas, faodaidh geoimeatraidh inneal an sensor gu lèir buaidh mhòr a thoirt air giùlan lorgaidh, leis gu bheil suidheachadh an t-sianail giùlain mothachaidh gu mòr an urra ri geoimeatraidh an inneil.Tha trì geoimeatraidh àbhaisteach de innealan heterojunction MOS air an deasbad an seo, mar a chithear ann am Figear 2. Anns a 'chiad sheòrsa, tha dà cheangal MOS air an cuairteachadh air thuaiream eadar dà electrod, agus tha suidheachadh an t-seanail giùlain air a dhearbhadh leis a' phrìomh MOS, is e an dàrna fear an cruthachadh nanostructures heterogeneous bho dhiofar MOS, fhad ‘s nach eil ach aon MOS ceangailte ris an dealan.tha dealan ceangailte, agus mar as trice tha an sianal giùlain suidhichte taobh a-staigh an MOS agus tha e ceangailte gu dìreach ris an dealan.Anns an treas seòrsa, tha dà stuth ceangailte ri dà electrodan fa leth, a 'stiùireadh an inneal tro heterojunction a chaidh a chruthachadh eadar an dà stuth.
Tha tàthan eadar coimeasgaidhean (me “SnO2-NiO”) a’ nochdadh gu bheil an dà phàirt dìreach measgaichte (seòrsa I).Tha soidhne “@” eadar dà cheangal (me “SnO2@NiO”) a’ nochdadh gu bheil an stuth sgafaid (NiO) air a sgeadachadh le SnO2 airson structar mothachaidh seòrsa II.Tha slais (me “NiO/SnO2”) a’ comharrachadh dealbhadh mothachaidh seòrsa III .
Airson mothachairean gas stèidhichte air companaidhean MOS, tha dà eileamaid MOS air an cuairteachadh air thuaiream eadar na dealanan.Chaidh grunn dhòighean saothrachaidh a leasachadh gus stuthan MOS ullachadh, a’ gabhail a-steach sol-gel, coprecipitation, hydrothermal, electrospinning, agus dòighean measgachadh meacanaigeach98,102,103,104.O chionn ghoirid, chaidh frèamaichean meatailt-organach (MOFs), clas de stuthan structarail criostalach porous air a dhèanamh suas de ionadan meatailt agus luchd-ceangail organach, a chleachdadh mar theamplaidean airson a bhith a’ dèanamh co-phàirtean porous MOS105,106,107,108.'S fhiach toirt fa-near, ged a tha an àireamh sa cheud de cho-phàirtean MOS co-ionann, faodaidh na feartan cugallachd atharrachadh gu mòr nuair a bhios iad a' cleachdadh diofar phròiseasan saothrachaidh. (Mo: Sn = 1:1.9) agus lorg e gu bheil diofar dhòighean saothrachaidh a’ leantainn gu diofar chugallachd.Shaposhnik et al.Thuirt 110 gun robh freagairt SnO2-TiO2 co-sheasamh gu H2 gasach eadar-dhealaichte bho stuthan measgaichte meacanaigeach, eadhon aig an aon cho-mheas Sn / Ti.Tha an eadar-dhealachadh seo ag èirigh leis gu bheil an dàimh eadar meud criostalite MOP agus MOP ag atharrachadh le diofar dhòighean synthesis109,110.Nuair a tha meud agus cumadh a’ ghràin cunbhalach a thaobh dùmhlachd tabhartais agus seòrsa leth-sheoladair, bu chòir don fhreagairt fuireach mar a tha mura h-atharraich an geoimeatraidh conaltraidh 110 .Staerz et al.111 aithris gu robh na feartan lorg aig nanofibers SnO2-Cr2O3 core-sheath (CSN) agus talamh SnO2-Cr2O3 CSNs cha mhòr co-ionann, a’ moladh nach eil morf-eòlas nanofiber a’ tabhann buannachd sam bith.
A bharrachd air na diofar dhòighean saothrachaidh, tha na seòrsaichean semiconductor den dà MOSFET eadar-dhealaichte cuideachd a’ toirt buaidh air cugallachd an sensor.Faodar a roinn nas fhaide ann an dà roinn a rèir a bheil an dà MOSFET den aon sheòrsa semiconductor (nn no snaim pp) no diofar sheòrsaichean (snaim pn).Nuair a tha mothachairean gas stèidhichte air companaidhean MOS den aon sheòrsa, le bhith ag atharrachadh co-mheas molar an dà MOS, tha feart freagairt cugallachd fhathast gun atharrachadh, agus bidh cugallachd an sensor ag atharrachadh a rèir an àireamh de nn- no pp-heterojunctions.Nuair a tha aon phàirt sa mhòr-chuid anns a’ cho-chruinneachadh (me 0.9 ZnO-0.1 SnO2 no 0.1 ZnO-0.9 SnO2), tha an sianal giùlain air a dhearbhadh leis a’ phrìomh MOS, ris an canar an sianal giùlain homojunction 92 .Nuair a tha co-mheasan an dà cho-phàirt coimeasach, thathas a’ gabhail ris gu bheil an t-sianal giùlain fo smachd an heterojunction98,102.Tha Yamazoe et al.Thuirt 112,113 gum faod an roinn heterocontact den dà cho-phàirt mothachadh an sensor a leasachadh gu mòr leis gu bheil an cnap-starra heterojunction a chaidh a chruthachadh mar thoradh air diofar ghnìomhan obrachaidh nam pàirtean comasach air smachd èifeachdach a chumail air gluasad gluasad an sensor a tha fosgailte do eleactronan.Diofar ghasaichean àrainneachd 112,113.Air fige.Tha Figear 3a a’ sealltainn gum faod mothachairean stèidhichte air structaran rangachaidh snàithleach SnO2-ZnO le diofar shusbaint ZnO (bho 0 gu 10 mol % Zn) ethanol a lorg gu roghnach.Nam measg, sheall sensor stèidhichte air snàithleach SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) an cugallachd as àirde mar thoradh air cruthachadh àireamh mhòr de heterojunctions agus àrdachadh anns an raon uachdar sònraichte, a mheudaich gnìomh an inneal-tionndaidh agus a leasaich e. cugallachd 90 Ach, le àrdachadh a bharrachd ann an susbaint ZnO gu 10 mol.%, faodaidh an structar microstructure SnO2-ZnO raointean gnìomhachaidh uachdar a chòmhdach agus cugallachd mothachaidh85 a lughdachadh.Thathas cuideachd a’ faicinn gluasad coltach ris airson mothachairean stèidhichte air co-phàirtean heterojunction NiO-NiFe2O4 pp le co-mheasan Fe/Ni eadar-dhealaichte (Fig. 3b)114.
Ìomhaighean SEM de shnàithleach SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) agus freagairt mothachaidh do dhiofar ghasaichean le dùmhlachd de 100 ppm aig 260 ° C;54b Freagairtean mothachairean stèidhichte air stuthan fìor-ghlan NiO agus NiO-NiFe2O4 aig 50 ppm de dhiofar ghasaichean, 260 ° C;114 (c) Diagram sgeamach den àireamh nodan ann an co-dhèanamh xSnO2-(1-x)Co3O4 agus na h-ath-bheachdan co-fhreagarrach an aghaidh agus cugallachd an xSnO2-(1-x)Co3O4 composition gach 10 ppm CO, acetone, C6H6 agus SO2 gas aig 350 ° C le bhith ag atharrachadh a’ cho-mheas molar de Sn/Co 98
Bidh na companaidhean pn-MOS a’ nochdadh giùlan cugallachd eadar-dhealaichte a rèir a’ cho-mheas atamach de MOS115.San fharsaingeachd, tha giùlan mothachaidh stuthan MOS gu mòr an urra ris a bheil MOS ag obair mar phrìomh sheanal giùlain airson an sensor.Mar sin, tha e glè chudromach an àireamh sa cheud de sgrìobhadh agus nanostructure de stuthan co-dhèanta a chomharrachadh.Dhaingnich Kim et al.98 an co-dhùnadh seo le bhith a’ co-chur sreath de nanofibers co-dhèanta xSnO2 ± (1-x) Co3O4 le bhith a’ snìomh electro agus a’ sgrùdadh nam feartan mothachaidh aca.Mhothaich iad gun do dh'atharraich giùlan an sensor co-dhèanta SnO2-Co3O4 bho n-type gu seòrsa p le bhith a' lùghdachadh an àireamh sa cheud de SnO2 (Fig. 3c)98.A bharrachd air an sin, sheall mothachairean le smachd heterojunction (stèidhichte air 0.5 SnO2-0.5 Co3O4) na h-ìrean tar-chuir as àirde airson C6H6 an coimeas ri mothachairean homojunction-ceannasach (me, mothachairean SnO2 àrd no Co3O4).Tha an aghaidh àrd gnèitheach aig an sensor 0.5 SnO2-0.5 Co3O4 stèidhichte agus a chomas nas motha air an aghaidh mothachaidh iomlan atharrachadh a’ cur ris a ’chugallachd as àirde a thaobh C6H6.A bharrachd air an sin, faodaidh easbhaidhean mì-fhreagarrachd uachdaran a thàinig bho eadar-aghaidhean hetero2-Co3O4 SnO2-Co3O4 làraich asrachaidh fàbharach a chruthachadh airson moileciuilean gas, agus mar sin ag àrdachadh freagairt mothachaidh109,116.
A bharrachd air an seòrsa MOS semiconductor, faodar giùlan suathaidh co-phàirtean MOS a ghnàthachadh le bhith a’ cleachdadh ceimigeachd MOS-117.Chleachd Huo et al.117 modh-fuine sìmplidh airson stuthan co-dhèanta Co3O4-SnO2 ullachadh agus lorg e, aig co-mheas Co/Sn molar de 10%, gun robh an sensor a’ taisbeanadh freagairt lorgaidh seòrsa p gu H2 agus cugallachd n-seòrsa ri H2.freagairt.Tha freagairtean mothachaidh do ghasaichean CO, H2S agus NH3 rim faicinn ann am Figear 4a117.Aig co-mheasan ìosal Co/Sn, bidh mòran homojunctions a’ cruthachadh aig crìochan nanograin SnO2±SnO2 agus a’ taisbeanadh freagairtean mothachaidh n-seòrsa gu H2 (Figs. 4b,c)115.Le àrdachadh anns a’ cho-mheas Co/Sn suas gu 10 mol.%, an àite homojunctions SnO2-SnO2, chaidh mòran heterojunctions Co3O4-SnO2 a chruthachadh aig an aon àm (Fig. 4d).Leis gu bheil Co3O4 neo-ghnìomhach a thaobh H2, agus SnO2 ag ath-fhreagairt gu làidir le H2, tha freagairt H2 le gnèithean ocsaidean ianach a’ tachairt sa mhòr-chuid air uachdar SnO2117.Mar sin, bidh dealanan a 'gluasad gu SnO2 agus bidh Ef SnO2 a' gluasad chun a 'chòmhlan giùlain, fhad' sa tha Ef Co3O4 fhathast gun atharrachadh.Mar thoradh air an sin, tha strì an sensor ag àrdachadh, a’ nochdadh gu bheil stuthan le co-mheas àrd Co/Sn a’ nochdadh giùlan mothachaidh seòrsa-p (Fig. 4e).An coimeas ri sin, bidh gasaichean CO, H2S, agus NH3 ag ath-fhreagairt le gnèithean ocsaidean ianach air uachdar SnO2 agus Co3O4, agus bidh dealanan a’ gluasad bhon ghas chun an sensor, a’ leantainn gu lùghdachadh ann an àirde cnap-starra agus cugallachd seòrsa n (Fig. 4f)..Tha an giùlan mothachaidh eadar-dhealaichte seo mar thoradh air an reactivity eadar-dhealaichte de Co3O4 le diofar ghasaichean, a chaidh a dhearbhadh tuilleadh le Yin et al.118.San aon dòigh, tha Katoch et al.Sheall 119 gu bheil deagh roghainn aig companaidhean SnO2-ZnO agus cugallachd àrd ri H2.Tha an giùlan seo a’ tachairt air sgàth ‘s gum faodar dadaman H a shanasachadh gu furasta gu suidheachadh O ZnO mar thoradh air tar-chur làidir eadar s-orbital H agus p-orbital O, a tha a’ leantainn gu metallization de ZnO120,121.
a Co/Sn-10% lùban an-aghaidh fiùghantach airson gasaichean lughdachaidh àbhaisteach leithid H2, CO, NH3 agus H2S, b, c Co3O4/SnO2 diagram uidheamachd mothachaidh co-dhèanta airson H2 aig ìosal % m.Co/Sn, df Co3O4 Mechanism lorg H2 agus CO, H2S agus NH3 le àrd Co/Sn/SnO2 coimeasgaichte
Mar sin, is urrainn dhuinn cugallachd an sensor seòrsa I a leasachadh le bhith a’ taghadh dòighean saothrachaidh iomchaidh, a’ lughdachadh meud gràin nan composites, agus a’ dèanamh an fheum as fheàrr de cho-mheas molar nan composites MOS.A bharrachd air an sin, faodaidh tuigse dhomhainn air ceimigeachd an stuth mothachail cur ri roghnachas an sensor.
Tha structaran mothachaidh Type II nan structar mothachaidh mòr-chòrdte eile a dh’ fhaodas measgachadh de stuthan nanostructured heterogeneous a chleachdadh, a ’toirt a-steach aon nano-stuth“ maighstir ”agus dàrna no eadhon an treas nano-stuth.Mar eisimpleir, bidh stuthan aon-thaobhach no dà-mheudach air an sgeadachadh le nanoparticles, prìomh-slige (CS) agus stuthan heteronanostructured multilayer air an cleachdadh gu cumanta ann an structaran mothachaidh seòrsa II agus thèid beachdachadh orra gu mionaideach gu h-ìosal.
Airson a' chiad stuth heteronanostructure (heteronanostructure sgeadaichte), mar a chithear ann am Fig. 2b(1), tha seanalan giùlain an sensor ceangailte le stuth bunaiteach.Mar thoradh air cruthachadh heterojunctions, faodaidh nanoparticles atharraichte làraich nas reactive a thoirt seachad airson sùghadh gas no desorption, agus faodaidh iad cuideachd a bhith nan catalysts gus coileanadh mothachaidh a leasachadh109,122,123,124.Thug Yuan et al.41 fa-near gum faod sgeadachadh WO3 nanowires le CeO2 nanodots barrachd làraich adsorption a thoirt seachad aig heterointerface CeO2@WO3 agus uachdar CeO2 agus barrachd gnèithean ocsaidean chemisorbed a ghineadh airson freagairt le acetone.Gunawan et al.125. Thathas air moladh a dhèanamh air sensor acetone cugallachd ultra-àrd stèidhichte air aon-thaobhach Au@α-Fe2O3 agus chaidh fhaicinn gu bheil cugallachd an sensor fo smachd le bhith a’ cur an gnìomh moileciuil O2 mar stòr ocsaidean.Faodaidh làthaireachd Au NPs a bhith na inneal-brosnachaidh a’ brosnachadh dealachadh mholacilean ocsaidean gu ocsaidean lattice airson oxidachadh acetone.Chaidh toraidhean co-chosmhail fhaighinn le Choi et al.9 far an deach catalyst Pt a chleachdadh gus moileciuilean ocsaidean adsorbed a thoirt a-steach do ghnèithean ocsaidean ionized agus gus am freagairt mothachail do acetone a neartachadh.Ann an 2017, sheall an aon sgioba rannsachaidh gu bheil nanoparticles bimetallic mòran nas èifeachdaiche ann an catalysis na nanoparticles meatailt uasal singilte, mar a chithear ann am Figear 5126. Tha 5a na sgeama den phròiseas saothrachaidh airson NPan bimetallic stèidhichte air platinum (PtM) a’ cleachdadh ceallan apoferritin le meud cuibheasach nas lugha na 3 nm.An uairsin, a’ cleachdadh an dòigh electrospinning, chaidh PtM@WO3 nanofibers fhaighinn gus cugallachd agus roghnachas a mheudachadh gu acetone no H2S (Fig. 5b–g).O chionn ghoirid, tha catalysts aon atom (SACn) air coileanadh catalytic sàr-mhath a nochdadh ann an raon catalysis agus mion-sgrùdadh gas air sgàth cho èifeachdach sa tha cleachdadh dadaman agus structaran dealanach le gleus127,128.Shin et al.Chleachd 129 carbon nitride le acair Pt-SA (MCN), SnCl2 agus nanosheets PVP mar stòran ceimigeach gus snàithleach in-loidhne Pt@MCN@SnO2 ullachadh airson lorg gas.A dh’ aindeoin susbaint glè ìosal Pt@MCN (bho 0.13 wt.% gu 0.68 wt.%), tha coileanadh lorgaidh formaldehyde gaseous Pt@MCN@SnO2 nas fheàrr na sampaill iomraidh eile (SnO2 fìor-ghlan, MCN@SnO2 agus Pt NPs@ SnO2)..Faodar an coileanadh lorg sàr-mhath seo a thoirt air sgàth an èifeachd atamach as àirde a tha aig catalyst Pt SA agus an còmhdach as lugha de làraich gnìomhach SnO2129.
Modh cuairteachaidh làn apoferritin gus nanoparticles PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) fhaighinn;feartan mothachail gas bd pristine WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, agus Pt-NiO@WO3 nanofiber;stèidhichte, mar eisimpleir, air feartan roghnachd PtPd@WO3, PtRn@WO3 agus Pt-NiO@WO3 mothachairean nanofiber gu 1 ppm de gas eadar-theachd 126
A bharrachd air an sin, faodaidh heterojunctions a chaidh a chruthachadh eadar stuthan sgafallachd agus nanoparticles cuideachd seanalan giùlain atharrachadh gu h-èifeachdach tro uidheamachd atharrachaidh radial gus coileanadh mothachaidh130,131,132 a leasachadh.Air fige.Tha Figear 6a a’ sealltainn feartan mothachaidh nan nanowires fìor-ghlan SnO2 agus Cr2O3@SnO2 airson gasaichean a lughdachadh agus ocsaideanachadh agus na h-innealan mothachaidh co-fhreagarrach131.An coimeas ri nanowires SnO2 fìor-ghlan, tha freagairt Cr2O3@SnO2 nanowires gu bhith a’ lughdachadh ghasaichean air àrdachadh gu mòr, fhad ‘s a tha am freagairt do ghasaichean oxidizing a’ fàs nas miosa.Tha dlùth cheangal aig na h-uinneanan sin ri lughdachadh ionadail nan seanalan giùlain de na nanowires SnO2 ann an stiùireadh radial an heterojunction pn a chaidh a chruthachadh.Faodar an aghaidh mothachaidh a ghleusadh gu sìmplidh le bhith ag atharrachadh leud EDL air uachdar nanowires fìor-ghlan SnO2 às deidh a bhith fosgailte do ghasaichean lughdachadh agus oxidizing.Ach, airson Cr2O3 @ SnO2 nanowires, tha a’ chiad DEL de SnO2 nanowires ann an èadhar air a mheudachadh an taca ri nanowires SnO2 fìor-ghlan, agus tha an sianal giùlain air a chuir fodha mar thoradh air heterojunction a chruthachadh.Mar sin, nuair a tha an sensor fosgailte do ghas lughdachadh, thèid na dealanan glaiste a leigeil ma sgaoil a-steach do nanowires SnO2 agus tha an EDL air a lughdachadh gu mòr, a’ leantainn gu cugallachd nas àirde na nanowires SnO2 fìor.Air an làimh eile, nuair a thionndaidheas tu gu gas oxidizing, tha leudachadh DEL cuibhrichte, a’ leantainn gu cugallachd ìosal.Chaidh toraidhean freagairt mothachaidh co-chosmhail fhaicinn le Choi et al., 133 anns an do sheall nanowires SnO2 sgeadaichte le nanoparticles WO3 p-seòrsa freagairt mothachaidh gu math nas fheàrr airson lughdachadh gasaichean, fhad ‘s a bha mothachairean SnO2 sgeadaichte le mothachadh air mothachadh nas fheàrr air gasaichean oxidizing.TiO2 nanoparticles (Fig. 6b) 133. Tha an toradh seo gu ìre mhòr mar thoradh air na diofar ghnìomhan obrach aig nanoparticles SnO2 agus MOS (TiO2 no WO3).Ann an nanoparticles seòrsa p (n-seòrsa), bidh an sianal giùlain den stuth frèam (SnO2) a ’leudachadh (no cùmhnantan) anns an stiùireadh radial, agus an uairsin, fo ghnìomh lughdachadh (no oxidation), leudachadh a bharrachd (no giorrachadh) den t-sianal giùlain aig SnO2 – rib ) den ghas (Fig. 6b).
Uidheam atharrachaidh radial air a bhrosnachadh le LF MOS atharraichte.Geàrr-chunntas air freagairtean gas gu 10 ppm a’ lughdachadh agus a’ oxidachadh ghasaichean stèidhichte air nanowires fìor-ghlan SnO2 agus Cr2O3@SnO2 agus diagraman sgeamach uidheamachd mothachaidh;agus sgeamaichean co-fhreagarrach de nanorods WO3@SnO2 agus uidheamachd lorg133
Ann an innealan heterostructure bilayer agus multilayer, tha sianal giùlain an inneil fo smachd an t-sreath (mar as trice an ìre ìosal) ann an conaltradh dìreach ris na dealanan, agus faodaidh an heterojunction a chaidh a chruthachadh aig eadar-aghaidh an dà shreath smachd a chumail air giùlan an t-sreath ìosal. .Mar sin, nuair a bhios gasaichean ag eadar-obrachadh leis an t-sreath àrd, faodaidh iad buaidh mhòr a thoirt air na seanailean giùlain aig an ìre as ìsle agus an aghaidh 134 den inneal.Mar eisimpleir, Kumar et al.Thug 77 cunntas air giùlan mu choinneamh sreathan dùbailte TiO2@NiO agus NiO@TiO2 airson NH3.Tha an eadar-dhealachadh seo ag èirigh leis gu bheil smachd aig na seanailean giùlain aig an dà sensor ann an sreathan de dhiofar stuthan (NiO agus TiO2, fa leth), agus an uairsin tha na h-atharrachaidhean anns na seanailean giùlain bunaiteach eadar-dhealaichte77.
Bidh heteronanostructures bilayer no multilayer air an toirt a-mach gu cumanta le sputtering, tasgadh còmhdach atamach (ALD) agus centrifugation56,70,134,135,136.Faodar smachd math a chumail air tiugh film agus raon conaltraidh an dà stuth.Tha figearan 7a agus b a’ sealltainn NiO @ SnO2 agus Ga2O3 @ WO3 nanofilms a gheibhear le bhith a’ spùtadh airson lorg ethanol135,137.Ach, mar as trice bidh na dòighean sin a’ toirt a-mach filmichean còmhnard, agus chan eil na filmichean còmhnard sin cho mothachail ri stuthan nanostructured 3D air sgàth an raon uachdar sònraichte ìosal agus an permeability gas.Mar sin, thathas cuideachd a’ moladh ro-innleachd ìre leaghaidh airson a bhith a’ dèanamh fhilmichean dà-thaobhach le diofar rangachd gus coileanadh lèirsinneach a leasachadh le bhith ag àrdachadh an raon uachdar sònraichte41,52,138.Chuir Zhu et al139 còmhla dòighean sputtering agus uisge-uisge gus nanowires ZnO àrd-òrdaichte a thoirt gu buil thairis air nanowires SnO2 (ZnO @ SnO2 nanowires) airson lorg H2S (Fig. 7c).Tha an fhreagairt aige gu 1 ppm H2S 1.6 tursan nas àirde na freagairt sensor stèidhichte air nanofilms ZnO @ SnO2 sputtered.Liu et al.Thug 52 cunntas air sensor H2S àrd-choileanadh a’ cleachdadh dòigh tasgaidh ceimigeach dà-cheum in situ gus nanostructures rangachd SnO2@NiO a dhèanamh agus an uairsin annealing teirmeach (Fig. 10d).An coimeas ri filmichean àbhaisteach sputtered SnO2@NiO bilayer, tha coileanadh cugallachd structar dà-thaobhach rangachd SnO2@NiO air a leasachadh gu mòr mar thoradh air àrdachadh ann an raon uachdar sònraichte52,137.
Sensor gas dà-fhillte stèidhichte air MOS.NiO@SnO2 nanofilm airson lorg ethanol;137b Ga2O3 @ WO3 nanofilm airson lorg ethanol;135c àrd-òrdaichte SnO2 @ ZnO structar rangachd dà-thaobhach airson lorg H2S;139d SnO2@NiO structar rangachd dà-thaobhach airson H2S52 a lorg.
Ann an innealan seòrsa II stèidhichte air heteronanostructures prìomh-slige (CSHNn), tha an uidheamachd mothachaidh nas iom-fhillte, leis nach eil na seanalan giùlain cuingealaichte ris an t-slige a-staigh.Faodaidh an dà chuid an t-slighe saothrachaidh agus tiugh (hs) a’ phacaid suidheachadh nan seanalan giùlain a dhearbhadh.Mar eisimpleir, nuair a bhios tu a’ cleachdadh dhòighean synthesis bhon bhonn gu h-àrd, bidh seanalan giùlain mar as trice air an cuingealachadh ris a’ chridhe a-staigh, a tha coltach ann an structar ri structaran inneal dà-fhilleadh no ioma-fhilleadh (Fig. 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.Thug 144 cunntas air dòigh-obrach bhon bhonn gu h-àrd airson CSHN NiO@α-Fe2O3 agus CuO@α-Fe2O3 fhaighinn le bhith a’ tasgadh còmhdach de NPs NiO no CuO air nanorods α-Fe2O3 anns an robh an sianal giùlain cuingealaichte leis a’ phrìomh phàirt.(nanorods α-Fe2O3).Liu et al.Shoirbhich le 142 cuideachd gus an t-sianal giùlain a chuingealachadh gu prìomh phàirt CSHN TiO2 @ Si le bhith a’ tasgadh TiO2 air arrays ullaichte de nanowires silicon.Mar sin, tha a ghiùlan mothachaidh (seòrsa p no n-seòrsa) an urra a-mhàin air an t-seòrsa semiconductor den nanowire silicon.
Ach, chaidh a’ mhòr-chuid de luchd-mothachaidh stèidhichte air CSHN (Fig. 2b (4)) a dhèanamh le bhith a’ gluasad pùdar den stuth CS synthesized gu sliseagan.Anns a 'chùis seo, tha tighead taigheadais (hs) a' toirt buaidh air slighe giùlain an sensor.Rinn buidheann Kim sgrùdadh air a’ bhuaidh a bhiodh aig hs air coileanadh lorg gas agus mhol iad dòigh lorgaidh comasach100,112,145,146,147,148. Thathar a 'creidsinn gu bheil dà fheart a' cur ri inneal mothachaidh an structair seo: (1) atharrachadh radial an EDL den t-slige agus (2) buaidh smearing an raoin dealain (Fig. 8) 145. Thug an luchd-rannsachaidh iomradh air an t-sianal giùlain den luchd-giùlan sa mhòr-chuid air a chuingealachadh ris an ìre shligean nuair a tha hs> λD den t-sreath shligean145. Thathar a 'creidsinn gu bheil dà fheart a' cur ri inneal mothachaidh an structair seo: (1) atharrachadh radial an EDL den t-slige agus (2) buaidh smearing an raoin dealain (Fig. 8) 145. Thug an luchd-rannsachaidh iomradh air an t-sianal giùlain den luchd-giùlan sa mhòr-chuid air a chuingealachadh ris an ìre shligean nuair a tha hs> λD den t-sreath shligean145. 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 > 145. Thathar a 'creidsinn gu bheil dà fheart an sàs anns an dòigh tuigse air an structar seo: (1) atharrachadh radial air an EDL den t-slige agus (2) a' bhuaidh a bhith a 'sgapadh an raon dealain (Fig. 8) 145. Thug an luchd-rannsachaidh fa-near sin tha an t-sianal giùlain giùlain gu ìre mhòr air a chuingealachadh ris an t-slige nuair a bhios hs> λD sligean145.Thathas a’ creidsinn gu bheil dà fheart a’ cur ri dòigh lorgaidh an structair seo: (1) atharrachadh radial DEL na slige agus (2) buaidh smearadh achadh dealain (Fig. 8) 145.研究人员提到传导通道当壳层的hs > λD145 > λD145 时, 载流子的数量主要局限于壳层。 Исслетатели ОТили, что О >ителей Осителаничено Оболочоб. Thug an luchd-rannsachaidh fa-near gu bheil an sianal giùlain Nuair a hs> λD145 den t-slige, tha an àireamh de luchd-giùlan air a chuingealachadh gu ìre mhòr leis an t-slige.Mar sin, ann a bhith ag atharrachadh an aghaidh mothachaidh stèidhichte air CSHN, is e atharrachadh radial a’ chòmhdach DEL a tha ann (Fig. 8a).Ach, aig hs ≤ λD den t-slige, tha na mìrean ocsaidean a tha air an glacadh leis an t-slige agus an heterojunction a chaidh a chruthachadh aig heterojunction CS air an lughdachadh gu tur de eleactronan. Mar sin, chan e a-mhàin gu bheil an sianal giùlain suidhichte taobh a-staigh an t-slige shligean ach cuideachd gu ìre sa phrìomh phàirt, gu sònraichte nuair a tha hs < λD den t-sreath shligean. Mar sin, chan e a-mhàin gu bheil an sianal giùlain suidhichte taobh a-staigh an t-slige shligean ach cuideachd gu ìre sa phrìomh phàirt, gu sònraichte nuair a tha hs < λD den t-sreath shligean. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, но и частично в сердцевинной части, особенно при hs < λD оболочечного слоя. Mar sin, tha an t-sianal giùlain suidhichte chan ann a-mhàin taobh a-staigh an t-slige shligean, ach cuideachd ann am pàirt sa phrìomh phàirt, gu sònraichte aig hs < λD den t-sreath shligean.因此, 传导通道不仅位于壳层内部, 而且部分 位于芯部, 尤其是当壳层 的hs < 壳层 的 、 hs <D 时. Chan eil an canal проводимости располагается алько внутри оболочки, no сично в сердцевине, осиобионо. Mar sin, tha an sianal giùlain suidhichte chan ann a-mhàin taobh a-staigh an t-slige, ach cuideachd gu ìre sa chridhe, gu sònraichte aig hs < λD den t-slige.Anns a 'chùis seo, bidh an dà chuid an t-slige dealanach làn-dhìonach agus an ìre bunaiteach a tha air a dhol sìos gu ìre a' cuideachadh le bhith ag atharrachadh strì an CSHN gu lèir, agus mar thoradh air sin bidh buaidh earball raon dealain (Fig. 8b).Tha cuid de sgrùdaidhean eile air bun-bheachd bloigh tomhas-lìonaidh EDL a chleachdadh an àite earball raon dealain gus mion-sgrùdadh a dhèanamh air a’ bhuaidh hs100,148.A' gabhail a-steach an dà thabhartas seo, tha atharrachadh iomlan an aghaidh CSHN a' ruighinn a luach as motha nuair a tha hs an coimeas ris a' sheath λD, mar a chithear ann am Fig. 8c.Mar sin, faodaidh na hs as fheàrr airson CSHN a bhith faisg air an t-slige λD, a tha co-chòrdail ri beachdan deuchainneach99,144,145,146,149.Tha grunn sgrùdaidhean air sealltainn gum faod hs cuideachd buaidh a thoirt air cugallachd luchd-mothachaidh pn-heterojunction stèidhichte air CSHN40,148.Li et al.148 agus Bai et al.Rinn 40 sgrùdadh eagarach air buaidh hs air coileanadh luchd-mothachaidh pn-heterojunction CSHN, leithid TiO2@CuO agus ZnO@NiO, le bhith ag atharrachadh a’ chuairt còmhdaich ALD.Mar thoradh air an sin, dh’ atharraich giùlan mothachaidh bho sheòrsa-p gu seòrsa n le àrdachadh hs40,148.Tha an giùlan seo mar thoradh air gum faodar beachdachadh air heterostructures mar heteronanostructures atharraichte an toiseach (le àireamh chuingealaichte de chuairtean ALD).Mar sin, tha an t-sianal giùlain air a chuingealachadh leis a’ phrìomh ìre (p-type MOSFET), agus tha an sensor a’ taisbeanadh giùlan lorg seòrsa p.Mar a bhios an àireamh de chuairtean ALD a’ dol am meud, bidh an còmhdach còmhdaich (n-type MOSFET) a’ fàs leth-leantainneach agus ag obair mar shianal giùlain, a’ leantainn gu cugallachd seòrsa n.Chaidh aithris air giùlan gluasaid mothachaidh co-chosmhail airson heteronanostructures pn branched 150,151 .Zhou et al.Rinn 150 sgrùdadh air cugallachd heteronanostructures meurach Zn2SnO4 @ Mn3O4 le bhith a’ cumail smachd air susbaint Zn2SnO4 air uachdar nanowires Mn3O4.Nuair a chaidh niuclas Zn2SnO4 a chruthachadh air uachdar Mn3O4, chaidh mothachadh seòrsa p a choimhead.Le àrdachadh eile ann an susbaint Zn2SnO4, bidh an sensor stèidhichte air meuran Zn2SnO4 @ Mn3O4 heteronanostructures ag atharrachadh gu giùlan mothachaidh n-seòrsa.
Tha tuairisgeul bun-bheachdail air an uidheamachd mothachaidh dà-ghnìomhach de CS nanowires air a shealltainn.a Mion-atharrachadh an-aghaidh mar thoradh air atharrachadh radial air sligean a tha air an lughdachadh le dealanan, b Buaidh àicheil smearing air atharrachadh an aghaidh, agus c Atharrachadh an aghaidh iomlan de nanowires CS mar thoradh air measgachadh den dà bhuaidh 40
Ann an co-dhùnadh, tha mothachairean seòrsa II a’ toirt a-steach mòran de nanostructures rangachaidh eadar-dhealaichte, agus tha coileanadh mothachaidh gu mòr an urra ri rèiteachadh nan seanalan giùlain.Mar sin, tha e deatamach smachd a chumail air suidheachadh sianal giùlain an sensor agus modal MOS le structar heteronanostructured iomchaidh a chleachdadh gus sgrùdadh a dhèanamh air uidheamachd mothachaidh leudaichte de luchd-mothachaidh seòrsa II.
Chan eil structaran mothachaidh Seòrsa III gu math cumanta, agus tha an sianal giùlain stèidhichte air heterojunction a chaidh a chruthachadh eadar dà leth-chonnsair ceangailte ri dà electrod, fa leth.Mar as trice gheibhear structaran inneal sònraichte tro dhòighean micromachining agus tha na h-innealan mothachaidh aca gu math eadar-dhealaichte bhon dà structar mothachaidh a bh’ ann roimhe.Mar as trice bidh an lùb IV de sensor Seòrsa III a’ nochdadh feartan ceartachaidh àbhaisteach mar thoradh air cruthachadh heterojunction48,152,153.Faodar iomradh a thoirt air an lùb caractar I–V de heterojunction air leth math leis an uidheamachd thermionic de sgaoileadh dealanach thairis air àirde a’ chnap-starra heterojunction152,154,155.
far a bheil Va na bholtachd claon, is e A an raon inneal, is e k an seasmhach Boltzmann, is e T an teòthachd iomlan, q is e an cosgais giùlain, is e Jn agus Jp an toll agus dùmhlachd sruth sgaoilidh dealanach, fa leth.Tha IS a’ riochdachadh an sruth sùghaidh cùil, air a mhìneachadh mar: 152,154,155
Mar sin, tha sruth iomlan an heterojunction pn an urra ris an atharrachadh ann an dùmhlachd luchd-giùlan cosgais agus an atharrachadh ann an àirde cnap-starra an heterojunction, mar a chithear ann an co-aontaran (3) agus (4) 156
far a bheil nn0 agus pp0 an dùmhlachd de eleactronan (tuill) ann an seòrsa n (p-seòrsa) MOS, \(V_{bi}^0\) an comas togte, is e Dp (Dn) an co-èifeachd sgaoilidh de Is e dealanan (tuill), Ln (Lp) fad sgaoilidh dealanan (tuill), ΔEv (ΔEc) an gluasad lùth den chòmhlan valence (còmhlan giùlain) aig an heterojunction.Ged a tha an dùmhlachd làithreach co-rèireach ris an dùmhlachd giùlain, tha e co-rèireach gu neo-dhìreach ri \(V_{bi}^0\).Mar sin, tha an atharrachadh iomlan ann an dùmhlachd gnàthach gu mòr an urra ri atharrachadh àirde a ’chnap-starra heterojunction.
Mar a chaidh a ràdh gu h-àrd, faodaidh cruthachadh MOSFETan hetero-nanostructured (mar eisimpleir, innealan seòrsa I agus seòrsa II) leasachadh mòr a thoirt air coileanadh an sensor, seach co-phàirtean fa leth.Agus airson innealan seòrsa III, faodaidh an fhreagairt heteronanostructure a bhith nas àirde na dà cho-phàirt48,153 no nas àirde na aon cho-phàirt76, a rèir co-dhèanamh ceimigeach an stuth.Tha grunn aithisgean air sealltainn gu bheil freagairt heteronanostructures mòran nas àirde na freagairt aon phàirt nuair a tha aon de na pàirtean neo-mhothachail don gas targaid48,75,76,153.Anns a 'chùis seo, bidh an gas targaid ag eadar-obrachadh a-mhàin leis an t-sreath mothachail agus ag adhbhrachadh gluasad Ef den t-sreath mothachail agus atharrachadh ann an àirde a' chnap-starra heterojunction.An uairsin atharraichidh sruth iomlan an inneil gu mòr, leis gu bheil e co-cheangailte gu cas ri àirde a ’chnap-starra heterojunction a rèir an co-aontar.(3) agus (4) 48,76,153.Ach, nuair a tha an dà chuid n-seòrsa agus p-seòrsa co-phàirtean mothachail air an targaid gas, faodaidh coileanadh lorgaidh a bhith an àiteigin eatorra.Thug José et al.76 a-mach sensor porous film NiO/SnO2 NO2 le bhith a ’spùtadh agus lorg e nach robh an cugallachd mothachaidh ach nas àirde na an sensor stèidhichte air NiO, ach nas ìsle na an sensor stèidhichte air SnO2.mothachaidh.Tha an t-iongantas seo mar thoradh air gu bheil SnO2 agus NiO a’ nochdadh ath-bheachdan mu choinneamh NO276.Cuideachd, leis gu bheil cugallachd gas eadar-dhealaichte aig an dà phàirt, dh’ fhaodadh gum bi an aon chlaonadh aca a bhith a’ lorg oxidizing agus a’ lughdachadh ghasaichean.Mar eisimpleir, tha Kwon et al.157 a' moladh inneal-mothachaidh gas pn-heterojunction NiO/SnO2 le bhith a' spùtadh fradharcach, mar a chithear ann am Fig. 9a.Gu inntinneach, sheall an sensor pn-heterojunction NiO/SnO2 an aon ghluasad cugallachd airson H2 agus NO2 (Fig. 9a).Gus an toradh seo fhuasgladh, Kwon et al.Rinn 157 sgrùdadh eagarach air mar a dh'atharraicheas NO2 agus H2 dùmhlachd luchd-giùlain agus gleusadh \(V_{bi}^0\) den dà stuth a' cleachdadh IV-characteristics agus samhlaidhean coimpiutair (Fig. 9bd).Tha figearan 9b agus c a’ sealltainn comas H2 agus NO2 gus dùmhlachd luchd-giùlain mothachaidhean atharrachadh stèidhichte air p-NiO (pp0) agus n-SnO2 (nn0), fa leth.Sheall iad gun do dh'atharraich pp0 de p-type NiO beagan ann an àrainneachd NO2, fhad 'sa bha e ag atharrachadh gu mòr ann an àrainneachd H2 (Fig. 9b).Ach, airson n-seòrsa SnO2, tha nn0 a' giùlan an dòigh eile (Fig. 9c).Stèidhichte air na co-dhùnaidhean sin, cho-dhùin na h-ùghdaran nuair a chaidh H2 a chuir a-steach don sensor stèidhichte air heterojunction pn NiO/SnO2, dh’ adhbhraich àrdachadh ann an nn0 àrdachadh ann an Jn, agus dh’ adhbhraich \(V_{bi}^0\) a lùghdachadh anns an fhreagairt (Fig. 9d ).Às deidh a bhith fosgailte do NO2, lean an dà chuid lùghdachadh mòr ann an nn0 ann an SnO2 agus àrdachadh beag ann an pp0 ann an NiO gu lùghdachadh mòr ann an \(V_{bi}^0\), a nì cinnteach gum bi àrdachadh san fhreagairt mothachaidh (Fig. 9d ) 157 Anns a’ cho-dhùnadh, tha atharrachaidhean ann an dùmhlachd luchd-còmhdhail agus \(V_{bi}^0\) a’ leantainn gu atharrachaidhean san t-sruth iomlan, a bheir tuilleadh buaidh air a’ chomas lorgaidh.
Tha uidheamachd mothachaidh an sensor gas stèidhichte air structar an inneal Seòrsa III.A’ sganadh ìomhaighean tar-roinneil microscopy dealanach (SEM), inneal nanocoil p-NiO / n-SnO2 agus feartan mothachaidh de sensor heterojunction nanocoil p-NiO / n-SnO2 aig 200 ° C airson H2 agus NO2;b , SEM tar-roinneil de inneal c, agus toraidhean atharrais inneal le còmhdach b-NiO agus còmhdach-c n-SnO2.Bidh an sensor b p-NiO agus an sensor c n-SnO2 a’ tomhas agus a ’maidseadh feartan I–V ann an èadhar tioram agus às deidh dhaibh a bhith fosgailte do H2 agus NO2.Chaidh mapa dà-thaobhach de dhlùths b-toll ann am p-NiO agus mapa de c-electrons anns an t-sreath n-SnO2 le sgèile dath a mhodail a’ cleachdadh bathar-bog TCAD Sentaurus.d Toraidhean atharrais a’ sealltainn mapa 3D de p-NiO/n-SnO2 ann an èadhar tioram, H2 agus NO2157 san àrainneachd.
A bharrachd air feartan ceimigeach an stuth fhèin, tha structar an inneal Seòrsa III a 'sealltainn comasachd mothachairean gas fèin-chumhachdach a chruthachadh, nach eil comasach le innealan Seòrsa I agus Seòrsa II.Air sgàth an raon dealain gnèitheach aca (BEF), thathas a’ cleachdadh structaran diode pn heterojunction gu cumanta gus innealan photovoltaic a thogail agus a’ nochdadh comas mothachairean gas photoelectric fèin-chumhachdach a dhèanamh aig teòthachd an t-seòmair fo shoillseachadh74,158,159,160,161.BEF aig an heterointerface, air adhbhrachadh leis an eadar-dhealachadh ann an ìrean Fermi de na stuthan, cuideachd a 'cur ri dealachadh electron-tuill paidhrichean.Is e buannachd mothachaidh gas photovoltaic fèin-chumhachdach an caitheamh cumhachd ìosal aige oir is urrainn dha lùth an t-solais soillseachaidh a ghabhail a-steach agus an uairsin smachd a chumail air fhèin no innealan beaga eile gun fheum air stòr cumhachd bhon taobh a-muigh.Mar eisimpleir, tha Tanuma agus Sugiyama162 air heterojunctions NiO/ZnO pn a dhèanamh mar cheallan grèine gus mothachairean CO2 polycrystalline stèidhichte air SnO2 a chuir an gnìomh.Gad et al.Thug 74 cunntas air sensor gas photovoltaic fèin-chumhachdach stèidhichte air heterojunction pn Si/ZnO@CdS, mar a chithear ann am Fig. 10a.Chaidh nanowires ZnO le stiùireadh dìreach fhàs air fo-stratan silicon seòrsa p gus heterojunctions Si / ZnO pn a chruthachadh.An uairsin chaidh nanoparticles CdS atharrachadh air uachdar nanowires ZnO le atharrachadh uachdar ceimigeach.Air fige.Tha 10a a’ sealltainn toraidhean freagairt mothachaidh Si/ZnO@CdS far-loidhne airson O2 agus ethanol.Fo shoillseachadh, tha an bholtadh cuairt-fhosgailte (Voc) mar thoradh air dealachadh paidhrichean toll-dealain rè BEP aig an eadar-aghaidh Si/ZnO a’ meudachadh gu sreathach leis an àireamh de diodes ceangailte74,161.Faodar Voc a riochdachadh le co-aontar.(5) 156,
far a bheil ND, NA, agus Ni nan co-chruinneachaidhean de luchd-tabhartais, luchd-gabhail, agus luchd-giùlan gnèitheach, fa leth, agus k, T, agus q nan aon pharaimearan ris a’ cho-aontar roimhe.Nuair a bhios iad fosgailte do ghasaichean oxidizing, bidh iad a’ toirt a-mach dealanan bho ZnO nanowires, a tha a’ leantainn gu lùghdachadh ann an \(N_D^{ZnO}\) agus Voc.Air an làimh eile, mar thoradh air lùghdachadh gas chaidh àrdachadh ann an Voc (Fig. 10a).Nuair a bhios tu a’ sgeadachadh ZnO le CdS nanoparticles, bidh dealanan photoexcited ann an CdS nanoparticles air an stealladh a-steach don chòmhlan giùlain de ZnO agus ag eadar-obrachadh leis a’ ghas adsorbed, agus mar sin a’ meudachadh èifeachdas tuigse74,160.Chaidh aithris air sensor gas photovoltaic fèin-chumhachdach stèidhichte air Si/ZnO le Hoffmann et al.160, 161 (Fig. 10b).Faodar an sensor seo ullachadh le bhith a ’cleachdadh loidhne de nanoparticles ZnO gnìomh amine ([3- (2-aminoethylamino) propyl] trimethoxysilane) (amino-functionalized-SAM) agus thiol ((3-mercaptopropyl) -functionalized, gus gnìomh na h-obrach atharrachadh den gas targaid airson lorg roghnach NO2 (trimethoxysilane) (thiol-functionalized-SAM)) (Fig. 10b) 74,161.
Sensor gas photoelectric fèin-ghluasadach stèidhichte air structar inneal seòrsa III.sensor gas photovoltaic fèin-chumhachdach stèidhichte air Si / ZnO@CdS, inneal mothachaidh fèin-chumhachdach agus freagairt mothachaidh gu gasaichean oxidized (O2) agus lùghdaichte (1000 ppm ethanol) fo sholas na grèine;74b Sensor gas photovoltaic fèin-cumhachd stèidhichte air mothachairean Si ZnO / ZnO agus freagairtean mothachaidh do dhiofar ghasaichean às deidh gnìomhachd ZnO SAM le amines terminal agus thiols 161
Mar sin, nuair a thathar a’ beachdachadh air an uidheamachd mothachail de luchd-mothachaidh seòrsa III, tha e cudromach dearbhadh a dhèanamh air an atharrachadh ann an àirde a’ chnap-starra heterojunction agus comas a’ ghas buaidh a thoirt air dùmhlachd giùlain.A bharrachd air an sin, faodaidh soillseachadh luchd-giùlan dhealbhan a ghineadh a bhios ag ath-fhreagairt le gasaichean, a tha gealltanach airson lorg gas fèin-chumhachd.
Mar a chaidh a dheasbad san sgrùdadh litreachais seo, chaidh mòran de heteronanostructures MOS eadar-dhealaichte a chruthachadh gus coileanadh mothachaidh a leasachadh.Chaidh stòr-dàta Web of Science a sgrùdadh airson grunn fhaclan-luirg (companaidhean meatailt ogsaid, ocsaidean meatailt cridhe-sheilich, ocsaidean meatailt le sreathan, agus sgrùdairean gas fèin-chumhachdach) a bharrachd air feartan sònraichte (pailteas, cugallachd/roghnachd, comas gineadh cumhachd, saothrachadh) .Dòigh Tha feartan trì de na trì innealan sin air an sealltainn ann an Clàr 2. Tha bun-bheachd dealbhaidh iomlan airson mothachairean gas àrd-choileanadh air a dheasbad le bhith a’ dèanamh anailis air na trì prìomh nithean a tha Yamazoe a’ moladh.Innealan airson MOS Heterostructure Sensors Gus tuigse fhaighinn air na factaran a tha a’ toirt buaidh air mothachairean gas, chaidh grunn pharaimearan MOS (me, meud gràin, teòthachd obrachaidh, easbhaidh agus dùmhlachd beàrn ocsaidean, plèanaichean criostail fosgailte) a sgrùdadh gu faiceallach.Thathas air dearmad a dhèanamh air structar inneal, a tha cuideachd deatamach do ghiùlan mothachaidh an neach-mothachaidh, agus is ann ainneamh a chaidh a dheasbad.Tha an lèirmheas seo a’ beachdachadh air na dòighean bunaiteach airson trì seòrsaichean àbhaisteach de structar inneal a lorg.
Faodaidh structar meud gràin, an dòigh saothrachaidh, agus an àireamh de heterojunctions den stuth mothachaidh ann an sensor Seòrsa I buaidh mhòr a thoirt air cugallachd an sensor.A bharrachd air an sin, tha co-mheas molar nan co-phàirtean a’ toirt buaidh air giùlan an sensor.Is e structaran inneal seòrsa II (heteronanostructures sgeadachaidh, filmichean dà-thaobhach no ioma-fhilleadh, HSSNn) na structaran inneal as mòr-chòrdte anns a bheil dà phàirt no barrachd, agus chan eil ach aon phàirt ceangailte ris an dealan.Airson structar an inneil seo, tha e deatamach gun tèid suidheachadh nan seanailean giùlain agus na h-atharrachaidhean coimeasach aca a dhearbhadh ann a bhith a’ sgrùdadh uidheamachd tuigse.Leis gu bheil innealan seòrsa II a’ toirt a-steach mòran de dhiofar heteronanostructures rangachd, chaidh mòran dhòighean mothachaidh a mholadh.Ann an structar mothachaidh seòrsa III, tha an t-sianal giùlain air a smachdachadh le heterojunction a chaidh a chruthachadh aig an heterojunction, agus tha an dòigh mothachaidh gu tur eadar-dhealaichte.Mar sin, tha e cudromach dearbhadh a dhèanamh air an atharrachadh ann an àirde a’ chnap-starra heterojunction às deidh don gas targaid nochdadh don sensor seòrsa III.Leis an dealbhadh seo, faodar mothachairean gas photovoltaic fèin-chumhachdach a dhèanamh gus caitheamh cumhachd a lughdachadh.Ach, leis gu bheil am pròiseas saothrachaidh gnàthach caran toinnte agus gu bheil an cugallachd mòran nas ìsle na mothachairean gas chemo-resistive traidiseanta stèidhichte air MOS, tha mòran adhartais fhathast ann an rannsachadh mothachairean gas fèin-cumhachd.
Is e na prìomh bhuannachdan a tha aig mothachairean gas MOS le heteronanostructures rangachd astar agus cugallachd nas àirde.Ach, tha cuid de phrìomh dhuilgheadasan de luchd-mothachaidh gas MOS (me, teòthachd obrachaidh àrd, seasmhachd fad-ùine, droch roghainn agus ath-riochdachadh, buaidhean taiseachd, msaa) fhathast ann agus feumar dèiligeadh riutha mus gabh an cleachdadh ann an tagraidhean practaigeach.Mar as trice bidh mothachairean gas MOS ùr-nodha ag obair aig teòthachd àrd agus ag ithe tòrr cumhachd, a bheir buaidh air seasmhachd fad-ùine an sensor.Tha dà dhòigh cumanta ann airson fuasgladh fhaighinn air an duilgheadas seo: (1) leasachadh chips mothachaidh cumhachd ìosal;(2) leasachadh stuthan mothachail ùra a dh'fhaodas obrachadh aig teòthachd ìseal no eadhon aig teòthachd an t-seòmair.Is e aon dòigh-obrach airson leasachadh chips mothachaidh cumhachd ìosal meud an sensor a lughdachadh le bhith a’ dèanamh truinnsearan microheating stèidhichte air ceirmeag agus silicon163.Bidh pleitean teasachaidh meanbh-chrèadha ag ithe timcheall air 50-70 mV gach sensor, agus faodaidh lannan teasachaidh stèidhichte air silicon làn-leasaichte ithe cho beag ri 2 mW gach sensor nuair a bhios iad ag obair gu leantainneach aig 300 ° C163,164.Tha leasachadh stuthan mothachaidh ùra na dhòigh èifeachdach air caitheamh cumhachd a lughdachadh le bhith a’ lughdachadh an teòthachd obrachaidh, agus faodaidh e cuideachd seasmhachd mothachaidh a leasachadh.Mar a tha meud an MOS a’ leantainn air adhart a’ lughdachadh gus cugallachd an sensor àrdachadh, bidh seasmhachd teirmeach an MOS a’ fàs nas dùbhlanaiche, a dh’ fhaodadh gluasad a-steach don chomharra sensor165.A bharrachd air an sin, tha teòthachd àrd a ’brosnachadh sgaoileadh stuthan aig an eadar-aghaidh hetero agus cruthachadh ìrean measgaichte, a bheir buaidh air feartan dealanach an sensor.Tha an luchd-rannsachaidh ag aithris gum faodar an teòthachd obrachaidh as fheàrr den sensor a lughdachadh le bhith a’ taghadh stuthan mothachaidh iomchaidh agus a’ leasachadh heteronanostructures MOS.Tha a bhith a’ lorg dòigh aig teòthachd ìosal airson a bhith a’ dèanamh heteronanostructures MOS fìor chriostalach na dhòigh gealltanach eile airson seasmhachd a leasachadh.
Tha taghadh mothachairean MOS na chùis phractaigeach eile leis gu bheil diofar ghasaichean a’ fuireach còmhla ris a’ ghas targaid, fhad ‘s a tha mothachairean MOS gu tric mothachail air barrachd air aon ghas agus gu tric bidh iad a’ nochdadh tar-chugallachd.Mar sin, tha àrdachadh roghainn an mothachaidh don gas targaid a bharrachd air gasaichean eile deatamach airson tagraidhean practaigeach.Thairis air na beagan dheicheadan a dh’ fhalbh, chaidh dèiligeadh ris an roghainn gu ìre le bhith a’ togail shreathan de luchd-mothachaidh gas ris an canar “sròinean dealanach (E-sròn)” ann an co-bhonn ri algoirmean mion-sgrùdadh coimpiutaireachd leithid tomhas vectar trèanaidh (LVQ), mion-sgrùdadh prìomh phàirtean (PCA), msaa e.Duilgheadasan gnèitheasach.Ceàrnagan Pàirt as ìsle (PLS), msaa 31, 32, 33, 34. Tha dà phrìomh fheart (an àireamh de luchd-mothachaidh, aig a bheil dlùth cheangailte ris an t-seòrsa stuth mothachaidh, agus mion-sgrùdadh coimpiutaireachd) deatamach airson comas sròinean dealanach a leasachadh. gasaichean a chomharrachadh169.Ach, mar as trice bidh àrdachadh anns an àireamh de luchd-mothachaidh a’ feumachdainn mòran phròiseasan saothrachaidh iom-fhillte, agus mar sin tha e deatamach dòigh shìmplidh a lorg gus coileanadh sròinean dealanach a leasachadh.A bharrachd air an sin, faodaidh atharrachadh an MOS le stuthan eile cuideachd taghadh an sensor àrdachadh.Mar eisimpleir, faodar lorg roghnach de H2 a choileanadh air sgàth deagh ghnìomhachd catalytic MOS air atharrachadh le NP Pd.Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha cuid de luchd-rannsachaidh air uachdar MOS MOF a chòmhdach gus roghainn mothachaidh a leasachadh tro às-dùnadh meud171,172.Air a bhrosnachadh leis an obair seo, faodaidh gnìomhachd stuthan fuasgladh fhaighinn air duilgheadas roghnachd.Ach, tha tòrr obrach ri dhèanamh fhathast ann a bhith a’ taghadh an stuth cheart.
Tha ath-sheasmhachd feartan mothachairean air an dèanamh fo na h-aon chumhachan agus dhòighean na riatanas cudromach eile airson cinneasachadh mòr agus tagraidhean practaigeach.Gu h-àbhaisteach, tha dòighean centrifugation agus dupadh nan dòighean cosgais ìosal airson a bhith a’ dèanamh mothachairean gas trochur àrd.Ach, rè na pròiseasan sin, tha an stuth mothachail buailteach a dhol còmhla agus bidh an dàimh eadar an stuth mothachail agus an t-substrate a’ fàs lag68, 138, 168. Mar thoradh air an sin, bidh cugallachd agus seasmhachd an sensor a’ dol sìos gu mòr, agus bidh an coileanadh comasach air ath-riochdachadh.Tha dòighean saothrachaidh eile leithid sputtering, ALD, tasgadh laser pulsed (PLD), agus tasgadh vapor corporra (PVD) a’ ceadachadh filmichean MOS dà-thaobhach no ioma-fhilleadh a dhèanamh gu dìreach air substrates sileaconach no alumina le pàtran.Bidh na dòighean sin a’ seachnadh togail stuthan mothachail, a’ dèanamh cinnteach à ath-riochdachadh mothachaidh, agus a’ nochdadh comasachd cinneasachadh mòr de luchd-mothachaidh film tana planar.Ach, sa chumantas tha cugallachd nam filmichean còmhnard sin mòran nas ìsle na stuthan 3D nanostructured air sgàth an raon uachdar sònraichte beag aca agus permeability gas ìosal41,174.Tha ro-innleachdan ùra airson a bhith a’ fàs heteronanostructures MOS aig àiteachan sònraichte air meanbh-fhrith-rathaidean structaraichte agus a’ cumail smachd mionaideach air meud, tiugh, agus morf-eòlas stuthan mothachail deatamach airson saothrachadh cosgais ìosal de luchd-mothachaidh ìre wafer le ath-riochdachadh agus cugallachd àrd.Mar eisimpleir, Liu et al.Mhol 174 ro-innleachd còmhla bho mhullach gu bonn agus bhon bhonn gu h-àrd airson a bhith a’ dèanamh criostalan àrd le bhith a’ fàs nanowalls Ni (OH)2 ann an àiteachan sònraichte..Draibhearan airson microburners.
A bharrachd air an sin, tha e cudromach cuideachd beachdachadh air buaidh taiseachd air an sensor ann an tagraidhean practaigeach.Faodaidh moileciuilean uisge farpais ri moileciuilean ocsaidean airson làraich adsorption ann an stuthan mothachaidh agus buaidh a thoirt air uallach an sensor airson an gas targaid.Coltach ri ocsaidean, bidh uisge ag obair mar mholacile tro sheòrsachadh corporra, agus faodaidh e a bhith ann cuideachd ann an cruth radicals hydroxyl no buidhnean hydroxyl aig grunn stèiseanan oxidation tro chemisorption.A bharrachd air an sin, air sgàth ìre àrd agus taiseachd caochlaideach na h-àrainneachd, tha freagairt earbsach den sensor don gas targaid na dhuilgheadas mòr.Chaidh grunn ro-innleachdan a leasachadh gus dèiligeadh ris an duilgheadas seo, leithid ro-dùmhlachadh gas177, dìoladh taiseachd agus dòighean lasachaidh tar-reactive178, a bharrachd air dòighean tiormachaidh179,180.Ach, tha na dòighean sin daor, iom-fhillte, agus a 'lùghdachadh cugallachd an sensor.Chaidh grunn ro-innleachdan saor a mholadh gus buaidh taiseachd a chumail fodha.Mar eisimpleir, faodaidh sgeadachadh SnO2 le Pd nanoparticles gluasad ocsaidean adsorbed gu gràinean anionic a bhrosnachadh, fhad ‘s a tha e ag obair SnO2 le stuthan le deagh dhàimh airson moileciuilean uisge, leithid NiO agus CuO, tha dà dhòigh air casg a chuir air eisimeileachd taiseachd air moileciuilean uisge..Sensors 181, 182, 183. A bharrachd air an sin, faodar buaidh taiseachd a lughdachadh le bhith a’ cleachdadh stuthan hydrophobic gus uachdar hydrophobic a chruthachadh36,138,184,185.Ach, tha leasachadh mothachairean gas dìon-taise fhathast aig ìre thràth, agus tha feum air ro-innleachdan nas adhartaiche gus dèiligeadh ris na cùisean sin.
Ann an co-dhùnadh, chaidh leasachaidhean ann an coileanadh lorg (me, cugallachd, roghnachd, teòthachd obrachaidh ìosal as fheàrr) a choileanadh le bhith a’ cruthachadh heteronanostructures MOS, agus chaidh grunn dhòighean lorgaidh leasaichte a mholadh.Nuair a bhios tu a’ sgrùdadh uidheamachd mothachaidh sensor sònraichte, feumar cuideachd aire a thoirt do structar geoimeatrach an inneil.Bidh feum air rannsachadh air stuthan mothachaidh ùra agus rannsachadh air ro-innleachdan saothrachaidh adhartach gus coileanadh luchd-mothachaidh gas a leasachadh agus dèiligeadh ri dùbhlain a tha air fhàgail san àm ri teachd.Airson gleusadh smachd air feartan mothachaidh, feumar an dàimh eadar an dòigh synthetigeach de stuthan mothachaidh agus gnìomh heteronanostructures a thogail gu riaghailteach.A bharrachd air an sin, faodaidh sgrùdadh air ath-bheachdan uachdar agus atharrachaidhean ann an eadar-aghaidhean hetero a’ cleachdadh dòighean caractar an latha an-diugh cuideachadh le bhith a’ soilleireachadh uidheamachdan an tuigse agus molaidhean a thoirt seachad airson leasachadh mothachairean stèidhichte air stuthan heteronanostructured.Mu dheireadh, is dòcha gun leig sgrùdadh air ro-innleachdan saothrachaidh mothachaidh an latha an-diugh le bhith a’ dèanamh mothachairean gas beag aig ìre wafer airson an cleachdadh gnìomhachais.
Genzel, NN et al.Sgrùdadh fad-ùine air ìrean nitrogen dà-ogsaid a-staigh agus comharran analach ann an clann le asthma ann an sgìrean bailteil.nàbachd.Sealladh slàinte.116, 1428–1432 (2008).
Ùine puist: Samhain-04-2022
