实质性解析关于气体​基于金属及其氧化物团簇的气体传感器研究

2020-08-21 15:29:31 湖南赛西 1

近些年,基于金属或金属氧化物团簇的气体传感器的研究越来越受到人们的重视。


首先介绍基于纳米结构的电导式气体传感器的工作原理及基于纳米团簇的气体传感器器件的制造方法,接着介绍基于纳米团簇(主要是金属及金属氧化物团簇)的电导式气体传感器的研究进展,最后总结基于金属及其氧化物团簇的气体传感器未来的可能发展方向。


作为一种检测装置,传感器可以通过一定的方式对被测量的信息进行捕捉或感应,并能将捕捉或感应到的信息按照一定的规律变换成电信号或其他特定的信号进行输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。


传感器感应到的信息可能是质量、电导或电流,因此,传感器可以监测我们周围的环境并应用于不同的目的,如生物医药检测、空气质量检测等,而现有的科学技术则保证了传感器的生产和开发。


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纳米材料的优异性能使它们具有一种能对化学物质和生物种类探测的能力,这主要是由于:一方面它们展现出来了强大的吸附能力,而这强大的吸附能力主要是因为它们具有较大的比表面积;


另一方面,由于横截面上存在强烈相互作用的区域,从而能对吸附的化合物产生明显的电信号,进而保证通过控制纳米材料的组分和尺寸的大小可以调节导电性,并且减缓了在低消耗微电子系统中的结构和集成的构建过程。


由于具有大的比表面积、有限尺寸效应、量子尺寸效应及独特的d壳电子特性,金属人其氧化物团簇常常表现出不同于块体的电磁、催化和气敏性能,在光电子器件、磁存储材料、高性能催化剂及气敏性能等方面展现出广泛的应用前景研究金属及其氧化物团簇的气敏性能,对清晰地理解影响团簇气敏性能的因素、气体敏感的机理,进而设计和制备各种有独特气敏性能的气体传感器有重要的科学与现实意义,如对大气污染的监测、对家用气体的监测等。


根据成分和构型的不同,金属及其氧化物团簇可以划分为不同的研究类型,其中包括由同一种金属原子构成的单金属团簇、由两种及两种以上金属原子构成的合金团簇、含单一成分的金属氧化物团簇、含两种及两种以上金属成分的掺杂过渡金属氧化物团簇,还有更加复杂的由金属及其氧化物共同构成的核壳结构团簇有限尺寸效应使金属及其氧化物团簇常常表现出不同于块体的构型特征,如小的金团簇在一定的尺寸范围内更倾向于形成平面结构,显然不同于块体的密堆构型。


合金团簇的构型更加丰富多样,不但可以形成均匀合金团簇,而且可以形成核壳结构合金团簇。与此类似,小尺寸的金属氧化物团簇也具有丰富多样的构型方式,既可以形成无定形氧化物团簇,又可以形成笼形结构团簇。


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到目前为止,金属及其氧化物团簇的研究已经取得了广泛而巨大的科研成就,然而仍然有大量的基础问题有待进一步探讨和研究。


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目前的主要研究方向可以大致概括为以下几个方面:


①构建纳米材料的结构和功能单元(超稳团簇),以及团簇的生长模式,探寻影响团簇结构、电磁、催化和气敏性能的因素,以及在由原子、分子向固体材料演化的过程中,团簇的结构、电磁和光性质等随原子数目而变化的规律;


②复合成分的金属及其氧化物团簇的结构、电磁、催化和气敏性能研究,以及如何通过合金等方式来提高催化剂的活性、选择性和稳定性;


③通过掺杂来调节过渡金属氧化物团簇的电磁、催化和气敏性能,以及研究不同元素在催化反应过程及气敏性能研究中的协同作用机制。本书将重点关注金属及其氧化物团簇的气敏性能。


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