• Klorini ya methane ya kaboni dioksidi ya kaboni na ala nyingine ya kengele ya kitambua gesi yenye vigezo vingi

Klorini ya methane ya kaboni dioksidi ya kaboni na ala nyingine ya kengele ya kitambua gesi yenye vigezo vingi

Ukuzaji wa utendakazi wa hali ya juu, sensorer za gesi zinazobebeka na za miniaturized unazidi kupata umakini katika nyanja za ufuatiliaji wa mazingira, usalama, uchunguzi wa matibabu na kilimo.Miongoni mwa zana mbalimbali za utambuzi, vitambuzi vya gesi ya metal-oxide-semiconductor (MOS) ni chaguo maarufu zaidi kwa programu za kibiashara kutokana na uthabiti wao wa juu, gharama ya chini na unyeti wa juu.Mojawapo ya mbinu muhimu zaidi za kuboresha zaidi utendaji wa sensor ni kuundwa kwa heterojunctions ya msingi ya MOS (hetero-nanostructured MOS) kutoka kwa nanomaterials ya MOS.Hata hivyo, utaratibu wa kuhisi wa sensor ya MOS yenye muundo wa heteronano ni tofauti na ile ya sensor moja ya gesi ya MOS, kwa kuwa ni ngumu sana.Utendaji wa vitambuzi huathiriwa na vigezo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na sifa za kimwili na kemikali za nyenzo nyeti (kama vile ukubwa wa nafaka, msongamano wa kasoro, na nafasi zilizo wazi za oksijeni), halijoto ya uendeshaji na muundo wa kifaa.Tathmini hii inawasilisha dhana kadhaa za kubuni vihisi vya utendaji wa juu vya gesi kwa kuchanganua utaratibu wa kuhisi wa vitambuzi vya MOS vilivyo na muundo tofauti tofauti.Kwa kuongeza, ushawishi wa muundo wa kijiometri wa kifaa, unaotambuliwa na uhusiano kati ya nyenzo nyeti na electrode ya kazi, inajadiliwa.Ili kusoma tabia ya kihisi kwa utaratibu, makala haya yanatanguliza na kujadili utaratibu wa jumla wa mtazamo wa miundo mitatu ya kawaida ya kijiometri ya vifaa kulingana na nyenzo mbalimbali za muundo wa heteronano.Muhtasari huu utatumika kama mwongozo kwa wasomaji wa siku zijazo wanaosoma mifumo nyeti ya vitambuzi vya gesi na kuunda vitambuzi vya utendaji wa juu.
Uchafuzi wa hewa ni tatizo linalozidi kuwa kubwa na tatizo kubwa la mazingira duniani ambalo linatishia ustawi wa watu na viumbe hai.Kuvuta pumzi ya vichafuzi vya gesi kunaweza kusababisha matatizo mengi ya kiafya kama vile ugonjwa wa kupumua, saratani ya mapafu, leukemia na hata kifo cha mapema1,2,3,4.Kuanzia 2012 hadi 2016, mamilioni ya watu waliripotiwa kufa kutokana na uchafuzi wa hewa, na kila mwaka, mabilioni ya watu walikabiliwa na hali duni ya hewa5.Kwa hivyo, ni muhimu kuunda vitambuzi vya gesi vinavyobebeka na vidogo ambavyo vinaweza kutoa maoni ya wakati halisi na utendakazi wa juu wa ugunduzi (kwa mfano, unyeti, uteuzi, uthabiti, na nyakati za majibu na uokoaji).Mbali na ufuatiliaji wa mazingira, vitambuzi vya gesi vina jukumu muhimu katika usalama6,7,8, uchunguzi wa kimatibabu9,10, ufugaji wa samaki11 na nyanja zingine12.
Hadi sasa, sensorer kadhaa za gesi zinazobebeka kulingana na njia tofauti za kuhisi zimeanzishwa, kama vile macho13,14,15,16,17,18, electrochemical19,20,21,22 na sensorer resistive kemikali23,24.Miongoni mwao, sensorer za kupinga kemikali za metal-oxide-semiconductor (MOS) ndizo zinazojulikana zaidi katika matumizi ya kibiashara kutokana na utulivu wao wa juu na gharama ya chini25,26.Mkusanyiko wa uchafu unaweza kuamua tu kwa kuchunguza mabadiliko katika upinzani wa MOS.Mwanzoni mwa miaka ya 1960, sensorer za kwanza za gesi zinazopinga kemikali kulingana na filamu nyembamba za ZnO ziliripotiwa, na kusababisha shauku kubwa katika uwanja wa kugundua gesi27,28.Leo, MOS nyingi tofauti hutumiwa kama nyenzo nyeti kwa gesi, na zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili kulingana na sifa zao halisi: MOS ya aina ya n iliyo na elektroni kama wabebaji wengi wa chaji na MOS ya aina ya p yenye mashimo kama wabebaji wengi wa malipo.malipo flygbolag.Kwa ujumla, MOS ya aina ya p haina umaarufu sana kuliko MOS ya aina ya n kwa sababu jibu la kufata neno la MOS ya aina ya p (Sp) linalingana na mzizi wa mraba wa MOS wa aina ya n (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) kwa mawazo sawa (kwa mfano, muundo sawa wa morphological na mabadiliko sawa katika kupiga bendi katika hewa) 29,30.Hata hivyo, vitambuzi vya MOS vya msingi mmoja bado vinakabiliwa na matatizo kama vile kikomo cha ugunduzi kisichotosha, usikivu mdogo na kuchagua katika matumizi ya vitendo.Masuala ya uteuzi yanaweza kushughulikiwa kwa kiasi fulani kwa kuunda safu za vitambuzi (zinazoitwa "pua za kielektroniki") na kujumuisha algorithms ya uchanganuzi wa hesabu kama vile ujanibishaji wa vekta ya mafunzo (LVQ), uchanganuzi wa sehemu kuu (PCA), na uchanganuzi wa miraba kidogo (PLS)31 , 32. kwa mfano MOS40,41,42 , nanoparticles za chuma bora (NPs))43,44, nanomaterials za kaboni45,46 na polima zinazopitisha 47,48) ili kuunda miunganisho ya heterojunctions ya nanoscale (yaani, MOS yenye muundo wa heteronano) ni mbinu zingine zinazopendelewa za kutatua matatizo yaliyo hapo juu.Ikilinganishwa na filamu nene za kitamaduni za MOS, MOS ya kiwango cha chini iliyo na eneo mahususi la juu inaweza kutoa tovuti amilifu zaidi za utangazaji wa gesi na kuwezesha usambaaji wa gesi36,37,49.Kwa kuongeza, muundo wa heteronanostructures ya msingi wa MOS unaweza kuboresha zaidi usafiri wa carrier kwenye heterointerface, na kusababisha mabadiliko makubwa ya upinzani kutokana na kazi tofauti za uendeshaji50,51,52.Zaidi ya hayo, baadhi ya athari za kemikali (kwa mfano, shughuli za kichocheo na miitikio ya uso ya kuunganisha) ambayo hutokea katika muundo wa miundo ya MOS heteronano pia inaweza kuboresha utendakazi wa kihisi.50,53,54 Ingawa kubuni na kuunda miundo ya MOS heteronanostructures itakuwa njia nzuri ya kuboresha. utendakazi wa kihisi, vitambuzi vya kisasa vinavyokinza chemo kwa kawaida hutumia majaribio na makosa, ambayo yanatumia muda mwingi na hayafai.Kwa hivyo, ni muhimu kuelewa utaratibu wa kuhisi wa vitambuzi vya gesi kulingana na MOS kwani unaweza kuongoza muundo wa sensorer za mwelekeo wa juu.
Katika miaka ya hivi karibuni, sensorer za gesi za MOS zimetengenezwa kwa haraka na ripoti zingine zimechapishwa kwenye muundo wa nano wa MOS55,56,57, sensorer za gesi ya joto la kawaida58,59, vifaa maalum vya sensor ya MOS60,61,62 na sensorer maalum za gesi63.Karatasi ya mapitio katika Mapitio Mengine inalenga katika kufafanua utaratibu wa kuhisi wa vitambuzi vya gesi kulingana na sifa za kimwili na kemikali za MOS, ikiwa ni pamoja na jukumu la nafasi za oksijeni 64, jukumu la heteronanostructures 55, 65 na uhamisho wa malipo katika miingiliano ya hewa 66. Aidha , vigezo vingine vingi huathiri utendakazi wa kihisi, ikiwa ni pamoja na muundo wa hali ya hewa, ukubwa wa nafaka, halijoto ya uendeshaji, msongamano wa kasoro, nafasi za oksijeni, na hata ndege za fuwele zilizo wazi za nyenzo nyeti25,67,68,69,70,71.72, 73. Hata hivyo, muundo wa kijiometri (hutajwa mara chache) wa kifaa, unaotambuliwa na uhusiano kati ya nyenzo za kuhisi na electrode ya kazi, pia huathiri kwa kiasi kikubwa unyeti wa sensor74,75,76 (angalia sehemu ya 3 kwa maelezo zaidi) .Kwa mfano, Kumar et al.77 iliripoti vihisi viwili vya gesi kulingana na nyenzo sawa (kwa mfano, vitambuzi vya safu mbili za gesi kulingana na TiO2@NiO na NiO@TiO2) na ilibaini mabadiliko tofauti katika upinzani wa gesi wa NH3 kutokana na jiometri tofauti za kifaa.Kwa hiyo, wakati wa kuchambua utaratibu wa kuhisi gesi, ni muhimu kuzingatia muundo wa kifaa.Katika hakiki hii, waandishi huzingatia njia za ugunduzi wa msingi wa MOS kwa muundo tofauti wa nanogeneous na miundo ya kifaa.Tunaamini kuwa ukaguzi huu unaweza kutumika kama mwongozo kwa wasomaji wanaotaka kuelewa na kuchanganua mbinu za kugundua gesi na unaweza kuchangia katika uundaji wa vitambuzi vya utendaji wa juu vya siku zijazo.
Kwenye mtini.1a inaonyesha muundo msingi wa utaratibu wa kuhisi gesi kulingana na MOS moja.Halijoto inapoongezeka, upenyezaji wa molekuli za oksijeni (O2) kwenye uso wa MOS utavutia elektroni kutoka kwa MOS na kuunda spishi za anionic (kama vile O2- na O-).Kisha, safu ya kupungua kwa elektroni (EDL) kwa MOS ya aina ya n au safu ya mkusanyiko wa shimo (HAL) kwa MOS ya aina ya p inaundwa kwenye uso wa MOS 15, 23, 78. Mwingiliano kati ya O2 na MOS husababisha mkanda wa upitishaji wa uso wa MOS kupinda juu na kuunda kizuizi kinachowezekana.Baadaye, kitambuzi kinapokabiliwa na gesi inayolengwa, gesi inayotangazwa kwenye uso wa MOS humenyuka na spishi za oksijeni za ioni, ama kuvutia elektroni (gesi ya vioksidishaji) au elektroni zinazotolewa (gesi ya kupunguza).Uhamisho wa elektroni kati ya gesi inayolengwa na MOS inaweza kurekebisha upana wa EDL au HAL30,81 na kusababisha mabadiliko katika upinzani wa jumla wa sensor ya MOS.Kwa mfano, kwa gesi ya kupunguza, elektroni zitahamishwa kutoka kwa gesi ya kupunguza hadi MOS ya aina ya n, na kusababisha EDL ya chini na upinzani wa chini, ambayo inajulikana kama tabia ya sensor ya aina ya n.Kinyume chake, MOS ya aina ya p inapokabiliwa na gesi ya kupunguza ambayo huamua tabia ya unyeti wa aina ya p, HAL hupungua na upinzani huongezeka kutokana na mchango wa elektroni.Kwa gesi za vioksidishaji, majibu ya sensor ni kinyume na yale ya kupunguza gesi.
Mbinu za kimsingi za utambuzi za MOS ya aina ya n na p ya kupunguza na kuongeza vioksidishaji wa gesi b Mambo muhimu na sifa za kemikali-kemikali au nyenzo zinazohusika katika vitambuzi vya gesi ya semiconductor 89
Mbali na utaratibu wa msingi wa kugundua, taratibu za kugundua gesi zinazotumiwa katika sensorer za gesi za vitendo ni ngumu sana.Kwa mfano, matumizi halisi ya kihisi cha gesi lazima yatimize mahitaji mengi (kama vile unyeti, uteuzi na uthabiti) kulingana na mahitaji ya mtumiaji.Mahitaji haya yanahusiana kwa karibu na mali ya kimwili na kemikali ya nyenzo nyeti.Kwa mfano, Xu et al.71 walionyesha kuwa vitambuzi kulingana na SnO2 hufikia usikivu wa juu zaidi wakati kipenyo cha fuwele (d) ni sawa au chini ya mara mbili ya urefu wa Debye (λD) wa SnO271.Wakati d ≤ 2λD, SnO2 imekamilika kabisa baada ya adsorption ya molekuli O2, na majibu ya sensor kwa gesi ya kupunguza ni ya juu.Kwa kuongeza, vigezo vingine mbalimbali vinaweza kuathiri utendaji wa kihisi, ikiwa ni pamoja na halijoto ya uendeshaji, hitilafu za fuwele, na hata ndege za fuwele zilizofichuliwa za nyenzo za kuhisi.Hasa, ushawishi wa joto la uendeshaji unaelezewa na ushindani unaowezekana kati ya viwango vya adsorption na desorption ya gesi inayolengwa, pamoja na reactivity ya uso kati ya molekuli ya gesi ya adsorbed na chembe za oksijeni4,82.Athari za kasoro za kioo zinahusiana sana na maudhui ya nafasi za oksijeni [83, 84].Uendeshaji wa sensor pia unaweza kuathiriwa na reactivity tofauti ya nyuso za kioo wazi67,85,86,87.Ndege zilizo wazi za fuwele zilizo na msongamano wa chini hufichua kani za chuma ambazo hazijaratibiwa na nishati ya juu zaidi, ambayo inakuza mwonekano wa uso na utendakazi tena88.Jedwali la 1 linaorodhesha mambo kadhaa muhimu na mbinu zao za utambuzi zilizoboreshwa.Kwa hivyo, kwa kurekebisha vigezo hivi vya nyenzo, utendaji wa ugunduzi unaweza kuboreshwa, na ni muhimu kuamua mambo muhimu yanayoathiri utendaji wa sensorer.
Yamazoe89 na Shimanoe et al.68,71 walifanya idadi ya tafiti juu ya utaratibu wa kinadharia wa mtazamo wa sensorer na kupendekeza mambo matatu huru muhimu yanayoathiri utendaji wa sensor, hasa kazi ya receptor, kazi ya transducer, na matumizi (Mchoro 1b)..Utendaji wa kipokezi hurejelea uwezo wa uso wa MOS kuingiliana na molekuli za gesi.Kazi hii inahusiana kwa karibu na sifa za kemikali za MOS na inaweza kuboreshwa kwa kiasi kikubwa kwa kuanzisha vipokeaji vya kigeni (kwa mfano, NP za chuma na MOS nyingine).Utendaji wa transducer unarejelea uwezo wa kubadilisha majibu kati ya gesi na uso wa MOS kuwa ishara ya umeme inayotawaliwa na mipaka ya nafaka ya MOS.Kwa hivyo, kazi ya hisia huathiriwa sana na saizi ya chembe ya MOC na msongamano wa vipokezi vya kigeni.Katoch et al.90 waliripoti kuwa kupunguzwa kwa saizi ya nafaka ya ZnO-SnO2 nanofibrils kulisababisha kuundwa kwa miunganisho mingi ya heterojunctions na kuongezeka kwa unyeti wa kihisi, sambamba na utendakazi wa transducer.Wang et al.91 alilinganisha saizi mbalimbali za nafaka za Zn2GeO4 na alionyesha ongezeko la mara 6.5 la unyeti wa kihisi baada ya kuanzisha mipaka ya nafaka.Utility ni kipengele kingine muhimu cha utendaji wa kihisi ambacho kinaelezea upatikanaji wa gesi kwenye muundo wa ndani wa MOS.Ikiwa molekuli za gesi haziwezi kupenya na kuguswa na MOS ya ndani, unyeti wa sensor utapunguzwa.Umuhimu unahusiana kwa karibu na kina cha kuenea kwa gesi fulani, ambayo inategemea ukubwa wa pore wa nyenzo za kuhisi.Sakai et al.92 ilitoa kielelezo cha unyeti wa kitambuzi kwa gesi za flue na ikagundua kuwa uzito wa molekuli ya gesi na eneo la pore la utando wa kihisi huathiri unyeti wa kitambuzi katika vilindi tofauti vya uenezaji wa gesi kwenye utando wa kihisi.Majadiliano yaliyo hapo juu yanaonyesha kuwa vihisi vya utendaji wa juu vya gesi vinaweza kutengenezwa kwa kusawazisha na kuboresha utendaji kazi wa vipokezi, utendakazi wa transducer na matumizi.
Kazi iliyo hapo juu inafafanua utaratibu wa msingi wa mtazamo wa MOS moja na kujadili mambo kadhaa yanayoathiri utendakazi wa MOS.Mbali na mambo haya, sensorer za gesi kulingana na miundo ya hetero inaweza kuboresha zaidi utendaji wa sensor kwa kuboresha kwa kiasi kikubwa kazi za sensor na receptor.Kwa kuongeza, miundo ya heteronano inaweza kuboresha zaidi utendakazi wa kihisi kwa kuimarisha athari za kichocheo, kudhibiti uhamishaji wa malipo, na kuunda tovuti zaidi za utangazaji.Hadi sasa, vitambuzi vingi vya gesi kulingana na miundo ya MOS heteronanostructures vimefanyiwa utafiti ili kujadili mbinu za uhisishaji ulioboreshwa95,96,97.Miller na wenzake.55 ilifanya muhtasari wa mbinu kadhaa ambazo zinaweza kuboresha unyeti wa miundo ya heteronano, ikiwa ni pamoja na kutegemea uso, kiolesura-tegemezi, na kutegemea muundo.Miongoni mwao, utaratibu wa ukuzaji tegemezi wa kiolesura ni mgumu sana kufunika mwingiliano wote wa kiolesura katika nadharia moja, kwani vitambuzi mbalimbali kulingana na nyenzo za muundo wa heteronano (kwa mfano, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction, n.k.) zinaweza kutumika. .fundo la Schottky).Kwa kawaida, vitambuzi vyenye muundo wa heteronanomuundo wa MOS kila mara hujumuisha njia mbili au zaidi za hali ya juu98,99,100.Athari ya upatanishi ya mifumo hii ya ukuzaji inaweza kuimarisha upokeaji na usindikaji wa ishara za vitambuzi.Kwa hivyo, kuelewa utaratibu wa utambuzi wa vitambuzi kulingana na nyenzo tofauti za muundo wa nano ni muhimu ili kusaidia watafiti kuunda vitambuzi vya gesi kutoka chini kwenda juu kulingana na mahitaji yao.Kwa kuongeza, muundo wa kijiometri wa kifaa pia unaweza kuathiri kwa kiasi kikubwa unyeti wa sensor 74, 75, 76. Ili kuchambua kwa utaratibu tabia ya sensor, mifumo ya kuhisi ya miundo mitatu ya kifaa kulingana na vifaa tofauti vya heteronanostructured itawasilishwa. na kujadiliwa hapa chini.
Kwa maendeleo ya haraka ya sensorer za gesi za MOS, MOS mbalimbali za hetero-nanostructured zimependekezwa.Uhamisho wa malipo kwenye kiolesura cha hetero hutegemea viwango tofauti vya Fermi (Ef) vya vipengele.Katika kiolesura cha hetero, elektroni husogea kutoka upande mmoja na Ef kubwa hadi upande mwingine na Ef ndogo hadi viwango vyao vya Fermi vifikie msawazo, na mashimo, kinyume chake.Kisha flygbolag kwenye heterointerface hupungua na kuunda safu iliyopungua.Mara tu kitambuzi kinapokabiliwa na gesi inayolengwa, mkusanyiko wa mtoa huduma wa MOS ulio na muundo wa heteronano hubadilika, kama vile urefu wa kizuizi, na hivyo kuboresha mawimbi ya utambuzi.Kwa kuongeza, mbinu tofauti za kutengeneza heteronanostructures husababisha uhusiano tofauti kati ya vifaa na electrodes, ambayo husababisha jiometri tofauti za kifaa na taratibu tofauti za kuhisi.Katika hakiki hii, tunapendekeza miundo mitatu ya kifaa cha kijiometri na kujadili utaratibu wa kuhisi kwa kila muundo.
Ingawa miunganisho ya miunganisho ya anga ina jukumu muhimu sana katika utendakazi wa utambuzi wa gesi, jiometri ya kifaa cha kitambuzi nzima inaweza pia kuathiri pakubwa tabia ya ugunduzi, kwa kuwa eneo la chaneli ya upitishaji wa kihisi hutegemea sana jiometri ya kifaa.Jiometri tatu za kawaida za vifaa vya MOS vya heterojunction zinajadiliwa hapa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Katika aina ya kwanza, viunganisho viwili vya MOS vinasambazwa kwa nasibu kati ya elektroni mbili, na eneo la chaneli ya conductive imedhamiriwa na MOS kuu, ya pili ni uundaji wa nanostructures tofauti kutoka kwa MOS tofauti, wakati MOS moja tu imeunganishwa na electrode.electrode imeunganishwa, basi njia ya conductive kawaida iko ndani ya MOS na imeunganishwa moja kwa moja na electrode.Katika aina ya tatu, vifaa viwili vinaunganishwa kwa electrodes mbili tofauti, kuongoza kifaa kwa njia ya heterojunction inayoundwa kati ya vifaa viwili.
Kistari kati ya misombo (kwa mfano, "SnO2-NiO") inaonyesha kwamba vipengele viwili vimechanganywa tu (aina ya I).Ishara ya "@" kati ya miunganisho miwili (kwa mfano, "SnO2@NiO") inaonyesha kwamba nyenzo za kiunzi (NiO) zimepambwa kwa SnO2 kwa muundo wa kihisi cha aina ya II.Kufyeka (km "NiO/SnO2") huonyesha muundo wa kihisi cha aina ya III .
Kwa sensorer za gesi kulingana na composites za MOS, vipengele viwili vya MOS vinasambazwa kwa nasibu kati ya electrodes.Mbinu nyingi za uundaji zimetengenezwa ili kuandaa composites za MOS, ikiwa ni pamoja na sol-gel, coprecipitation, hydrothermal, electrospinning, na mbinu za kuchanganya mitambo98,102,103,104.Hivi majuzi, miundo ya chuma-hai (MOFs), darasa la nyenzo za muundo wa fuwele zenye vinyweleo zinazoundwa na vituo vya chuma na viunganishi vya kikaboni, zimetumika kama violezo vya uundaji wa viunzi vya MOS105,106,107,108.Inafaa kukumbuka kuwa ingawa asilimia ya viunzi vya MOS ni sawa, sifa za unyeti zinaweza kutofautiana sana wakati wa kutumia michakato tofauti ya utengenezaji.109,110 Kwa mfano, Gao et al.109 walitengeneza vitambuzi viwili kulingana na viunzi vya MoO3±SnO2 vyenye uwiano sawa wa atomiki. ( Mo:Sn = 1:1.9) na ikagundua kuwa mbinu tofauti za uundaji husababisha hisia tofauti.Shaposhnik et al.110 iliripoti kuwa athari ya SnO2-TiO2 iliyoambatana na mvua kwa H2 yenye gesi ilikuwa tofauti na ile ya nyenzo zilizochanganyika kiufundi, hata kwa uwiano sawa wa Sn/Ti.Tofauti hii hutokea kwa sababu uhusiano kati ya MOP na saizi ya fuwele ya MOP hutofautiana kwa mbinu tofauti za usanisi109,110.Wakati ukubwa wa nafaka na umbo ni thabiti kulingana na msongamano wa wafadhili na aina ya semiconductor, jibu linapaswa kubaki sawa ikiwa jiometri ya mawasiliano haibadilika 110 .Staerz na wengine.111 iliripoti kuwa sifa za ugunduzi wa nanofiber za SnO2-Cr2O3 (CSN) na CSN za SnO2-Cr2O3 zilikaribia kufanana, na hivyo kupendekeza kuwa mofolojia ya nanofiber haitoi faida yoyote.
Mbali na mbinu tofauti za utengenezaji, aina za semiconductor za MOSFET mbili tofauti pia huathiri unyeti wa sensor.Inaweza kugawanywa zaidi katika kategoria mbili kulingana na ikiwa MOSFET mbili ni za aina moja ya semiconductor ( makutano ya nn au pp) au aina tofauti ( makutano ya pn ).Wakati sensorer za gesi zinatokana na mchanganyiko wa MOS wa aina moja, kwa kubadilisha uwiano wa molar wa MOS mbili, tabia ya majibu ya unyeti bado haijabadilika, na unyeti wa sensor hutofautiana kulingana na idadi ya nn- au pp-heterojunctions.Wakati kijenzi kimoja kinapotawala katika mchanganyiko (kwa mfano 0.9 ZnO-0.1 SnO2 au 0.1 ZnO-0.9 SnO2), njia ya upitishaji hubainishwa na MOS kubwa, inayoitwa chaneli ya upitishaji ya homojunction 92 .Wakati uwiano wa vipengele viwili vinalinganishwa, inachukuliwa kuwa njia ya uendeshaji inaongozwa na heterojunction98,102.Yamazoe et al.112,113 iliripoti kuwa eneo la heterocontact la vipengele viwili linaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa unyeti wa sensor kwa sababu kizuizi cha heterojunction kilichoundwa kutokana na kazi tofauti za uendeshaji wa vipengele kinaweza kudhibiti kwa ufanisi uhamaji wa drift wa sensor iliyofunuliwa kwa elektroni.Gesi mbalimbali za mazingira 112,113.Kwenye mtini.Mchoro wa 3a unaonyesha kuwa vitambuzi kulingana na miundo ya daraja ya nyuzinyuzi ya SnO2-ZnO yenye maudhui tofauti ya ZnO (kutoka 0 hadi 10 mol % Zn) inaweza kugundua ethanoli kwa kuchagua.Miongoni mwao, sensor kulingana na nyuzi za SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) ilionyesha unyeti wa juu zaidi kutokana na kuundwa kwa idadi kubwa ya heterojunctions na ongezeko la eneo maalum la uso, ambalo liliongeza kazi ya kubadilisha fedha na kuboreshwa. usikivu 90 Hata hivyo, pamoja na ongezeko zaidi la maudhui ya ZnO hadi 10 mol.%, muundo mdogo wa SnO2-ZnO utungaji unaweza kufunika maeneo ya kuwezesha uso na kupunguza unyeti wa sensor85.Mwelekeo sawa pia unazingatiwa kwa sensorer kulingana na NiO-NiFe2O4 pp heterojunction composites na uwiano tofauti wa Fe / Ni (Mchoro 3b)114.
Picha za SEM za nyuzi za SnO2-ZnO (7 mol.% Zn) na majibu ya sensor kwa gesi mbalimbali na mkusanyiko wa 100 ppm saa 260 ° C;54b Majibu ya sensorer kulingana na NiO safi na NiO-NiFe2O4 composites katika 50 ppm ya gesi mbalimbali, 260 °C;114 ( c) Mchoro wa mpangilio wa idadi ya nodi katika muundo wa xSnO2-(1-x)Co3O4 na upinzani sambamba na athari za unyeti wa xSnO2-(1-x)Co3O4 utungaji kwa 10 ppm CO, asetoni, C6H6 na SO2 gesi ifikapo 350 °C kwa kubadilisha uwiano wa molar ya Sn/Co 98
Mchanganyiko wa pn-MOS huonyesha tabia tofauti ya unyeti kulingana na uwiano wa atomiki wa MOS115.Kwa ujumla, tabia ya hisi ya viunzi vya MOS inategemea sana ambayo MOS hufanya kama njia kuu ya upitishaji ya kitambuzi.Kwa hiyo, ni muhimu sana kuashiria utungaji wa asilimia na muundo wa nano wa composites.Kim et al.98 walithibitisha hitimisho hili kwa kuunganisha mfululizo wa nanofiber za mchanganyiko wa xSnO2 ± (1-x) Co3O4 kwa kuzunguka kwa elektroni na kusoma sifa zao za kihisi.Waliona kwamba tabia ya SnO2-Co3O4 composite sensor switched kutoka n-aina ya p-aina kwa kupunguza asilimia ya SnO2 (Mtini. 3c)98.Kwa kuongeza, vitambuzi vinavyotawaliwa na sehemu tofauti (kulingana na 0.5 SnO2-0.5 Co3O4) vilionyesha viwango vya juu zaidi vya maambukizi kwa C6H6 ikilinganishwa na sensorer zinazotawala homojunction (kwa mfano, sensorer za juu za SnO2 au Co3O4).Upinzani wa juu wa asili wa sensor ya msingi ya 0.5 SnO2-0.5 Co3O4 na uwezo wake mkubwa wa kurekebisha upinzani wa jumla wa sensor huchangia unyeti wake wa juu zaidi kwa C6H6.Kwa kuongezea, kasoro za kimiani zinazotokana na violesura vya SnO2-Co3O4 vinaweza kuunda tovuti za utangazaji za molekuli za gesi, na hivyo kuboresha mwitikio wa kihisi109,116.
Mbali na MOS ya aina ya semiconductor, tabia ya kugusa ya viunzi vya MOS pia inaweza kubinafsishwa kwa kutumia kemia ya MOS-117.Huo et al.117 walitumia mbinu rahisi ya kuoka ili kuandaa viunzi vya Co3O4-SnO2 na kugundua kuwa katika uwiano wa molar ya Co/Sn wa 10%, kitambuzi kilionyesha jibu la utambuzi wa aina ya p kwa H2 na unyeti wa aina ya n H2.majibu.Majibu ya sensorer kwa gesi za CO, H2S na NH3 yanaonyeshwa kwenye Mchoro 4a117.Kwa uwiano wa chini wa Co/Sn, homojunctions nyingi huunda kwenye mipaka ya SnO2±SnO2 nanograin na huonyesha majibu ya kihisi cha aina ya n kwa H2 (Mtini. 4b,c)115.Pamoja na ongezeko la uwiano wa Co/Sn hadi 10 mol.%, badala ya homojunctions ya SnO2-SnO2, heterojunctions nyingi za Co3O4-SnO2 ziliundwa wakati huo huo (Mchoro 4d).Kwa kuwa Co3O4 haifanyi kazi kuhusiana na H2, na SnO2 humenyuka kwa nguvu na H2, mmenyuko wa H2 na spishi za oksijeni ya ioni hutokea hasa kwenye uso wa SnO2117.Kwa hivyo, elektroni huhamia SnO2 na Ef SnO2 huhamishiwa kwenye bendi ya upitishaji, wakati Ef Co3O4 bado haijabadilika.Matokeo yake, upinzani wa sensor huongezeka, unaonyesha kuwa nyenzo zilizo na uwiano wa juu wa Co / Sn zinaonyesha tabia ya kuhisi aina ya p (Mchoro 4e).Kinyume chake, gesi za CO, H2S, na NH3 huguswa na spishi za oksijeni za ionic kwenye nyuso za SnO2 na Co3O4, na elektroni husogea kutoka kwa gesi hadi kwenye sensor, na kusababisha kupungua kwa urefu wa kizuizi na unyeti wa aina ya n (Mchoro 4f)..Tabia hii tofauti ya kihisi ni kutokana na utendakazi tofauti wa Co3O4 na gesi tofauti, ambao ulithibitishwa zaidi na Yin et al.118 .Vile vile, Katoch et al.119 ilionyesha kuwa viunzi vya SnO2-ZnO vina uteuzi mzuri na unyeti wa juu kwa H2.Tabia hii hutokea kwa sababu atomi za H zinaweza kuonyeshwa kwa urahisi kwenye nafasi za O za ZnO kutokana na mseto mkubwa kati ya s-orbital ya H na p-orbital ya O, ambayo husababisha metali ya ZnO120,121.
a Co/Sn-10% mikondo ya ustahimilivu inayobadilika kwa gesi za kawaida za kupunguza kama vile H2, CO, NH3 na H2S, b, c, mchoro wa utaratibu wa mchanganyiko wa Co3O4/SnO2 wa H2 kwa % m ya chini.Co/Sn, df Co3O4 Utambuzi wa Utaratibu wa H2 na CO, H2S na NH3 yenye mchanganyiko wa juu wa Co/Sn/SnO2
Kwa hivyo, tunaweza kuboresha unyeti wa kihisi cha aina ya I kwa kuchagua mbinu zinazofaa za uundaji, kupunguza ukubwa wa nafaka ya viunzi, na kuboresha uwiano wa molar wa viunzi vya MOS.Kwa kuongeza, uelewa wa kina wa kemia ya nyenzo nyeti inaweza kuongeza zaidi uteuzi wa sensor.
Miundo ya sensor ya aina ya II ni muundo mwingine maarufu wa sensor ambao unaweza kutumia vifaa anuwai vya muundo wa nano, pamoja na nanomaterial moja ya "bwana" na nanomaterial ya pili au ya tatu.Kwa mfano, nyenzo za sura moja au mbili zilizopambwa kwa nanoparticles, shell ya msingi (CS) na multilayer heteronanostructured vifaa hutumiwa kwa kawaida katika miundo ya sensor ya aina ya II na itajadiliwa kwa undani hapa chini.
Kwa nyenzo za kwanza za heteronanostructure (heteronanostructure iliyopambwa), kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2b (1), njia za conductive za sensor zinaunganishwa na nyenzo za msingi.Kutokana na uundaji wa miunganisho ya heterojunctions, chembechembe za nano zilizobadilishwa zinaweza kutoa tovuti tendaji zaidi za utangazaji wa gesi au desorption, na pia zinaweza kufanya kama vichocheo vya kuboresha utendakazi wa hisia109,122,123,124.Yuan et al.41 alibainisha kuwa kupamba nanowires WO3 kwa nanodoti za CeO2 kunaweza kutoa tovuti zaidi za utangazaji kwenye kiolesura cha CeO2@WO3 heterointerface na uso wa CeO2 na kutoa spishi nyingi za oksijeni zenye kemikali kwa athari ya asetoni.Gunawan et al.125. Sensor ya asetoni yenye unyeti wa hali ya juu zaidi kulingana na sura moja ya Au@α-Fe2O3 imependekezwa na imeonekana kuwa unyeti wa kitambuzi unadhibitiwa na kuwezesha molekuli za O2 kama chanzo cha oksijeni.Uwepo wa Au NPs unaweza kutenda kama kichocheo kinachokuza mtengano wa molekuli za oksijeni kuwa oksijeni ya kimiani kwa ajili ya oxidation ya asetoni.Matokeo sawa yalipatikana na Choi et al.9 ambapo kichocheo cha Pt kilitumiwa kutenganisha molekuli za oksijeni za adsorbed katika spishi za oksijeni zilizoangaziwa na kuimarisha mwitikio nyeti kwa asetoni.Mnamo mwaka wa 2017, timu hiyo hiyo ya watafiti ilionyesha kuwa chembe chembe chembe chembe chembe za madini ya metali ni bora zaidi katika kichocheo kuliko chembe chembe chembe chembe za chuma, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5126. 5a ni kielelezo cha mchakato wa utengenezaji wa NPs zenye msingi wa platinamu (PtM) kwa kutumia seli za apoferritin. ukubwa wa wastani wa chini ya 3 nm.Kisha, kwa kutumia njia ya electrospinning, PtM@WO3 nanofibers zilipatikana ili kuongeza unyeti na kuchagua kwa asetoni au H2S (Mchoro 5b-g).Hivi majuzi, vichocheo vya atomi moja (SACs) vimeonyesha utendaji bora wa kichocheo katika uwanja wa kichocheo na uchanganuzi wa gesi kutokana na ufanisi mkubwa wa matumizi ya atomi na miundo ya kielektroniki iliyopangwa127,128.Shin na wengine.129 ilitumia Pt-SA nanosheti za kaboni (MCN), SnCl2 na PVP kama vyanzo vya kemikali ili kuandaa nyuzi za ndani za Pt@MCN@SnO2 kwa ajili ya kutambua gesi.Licha ya maudhui ya chini sana ya Pt@MCN (kutoka 0.13 wt.% hadi 0.68 wt.%), utendaji wa ugunduzi wa formaldehyde yenye gesi Pt@MCN@SnO2 ni bora kuliko sampuli zingine za marejeleo (pure SnO2, MCN@SnO2 na Pt NPs@ SnO2)..Utendakazi huu bora wa ugunduzi unaweza kuhusishwa na ufanisi wa juu zaidi wa atomiki wa kichocheo cha Pt SA na ufunikaji wa chini wa tovuti amilifu za SnO2129.
Njia ya encapsulation ya Apoferritin ili kupata PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) nanoparticles;sifa zinazobadilika za gesi za bd pristine WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, na Pt-NiO@WO3 nanofiber;kulingana, kwa mfano, juu ya sifa za kuchagua za PtPd@WO3, PtRn@WO3 na Pt-NiO@WO3 nanofiber sensorer hadi 1 ppm ya kuingilia kati ya gesi 126.
Kwa kuongezea, miunganisho ya sehemu tofauti inayoundwa kati ya nyenzo za kiunzi na nanoparticles inaweza pia kurekebisha vyema njia za upitishaji kupitia utaratibu wa urekebishaji wa radial ili kuboresha utendaji wa sensor130,131,132.Kwenye mtini.Mchoro wa 6a unaonyesha sifa za kitambuzi za SnO2 safi na Cr2O3@SnO2 nanowires za kupunguza na kuongeza vioksidishaji wa gesi na mifumo ya sensorer inayolingana131.Ikilinganishwa na nanowires safi za SnO2, mwitikio wa Cr2O3@SnO2 nanowires kwa kupunguza gesi huimarishwa sana, huku mwitikio wa gesi za vioksidishaji ukizidi kuwa mbaya.Matukio haya yanahusiana kwa karibu na kupungua kwa kasi kwa mitaa ya njia za uendeshaji za nanowires za SnO2 katika mwelekeo wa radial wa heterojunction ya pn iliyoundwa.Upinzani wa sensor unaweza kurekebishwa kwa kubadilisha upana wa EDL kwenye uso wa nanowires safi za SnO2 baada ya kufichuliwa na kupunguza na kuongeza vioksidishaji.Hata hivyo, kwa Cr2O3@SnO2 nanowires, DEL ya awali ya SnO2 nanowires katika hewa huongezeka ikilinganishwa na nanowires safi za SnO2, na chaneli ya upitishaji imezimwa kwa sababu ya kuundwa kwa heterojunction.Kwa hiyo, wakati sensor inakabiliwa na gesi ya kupunguza, elektroni zilizonaswa hutolewa kwenye nanowires za SnO2 na EDL hupunguzwa kwa kiasi kikubwa, na kusababisha unyeti wa juu kuliko nanowires safi za SnO2.Kinyume chake, wakati wa kubadili gesi ya oksidi, upanuzi wa DEL ni mdogo, na kusababisha unyeti mdogo.Matokeo sawa ya majibu ya hisia yalizingatiwa na Choi et al., 133 ambapo SnO2 nanowires zilizopambwa kwa p-aina ya nanoparticles WO3 zilionyesha mwitikio wa hisia ulioboreshwa kwa kupunguza gesi, wakati sensorer za SnO2 zilizopambwa na n-zilikuwa zimeboresha unyeti kwa gesi za oksidi.TiO2 nanoparticles (Mchoro 6b) 133. Matokeo haya yanatokana hasa na kazi tofauti za kazi za SnO2 na MOS (TiO2 au WO3) nanoparticles.Katika p-aina (n-aina) nanoparticles, chaneli ya upitishaji ya nyenzo za mfumo (SnO2) hupanuka (au mikataba) katika mwelekeo wa radial, na kisha, chini ya hatua ya kupunguza (au oxidation), upanuzi zaidi (au kufupisha) ya njia ya uendeshaji ya SnO2 - ubavu) ya gesi (Mchoro 6b).
Utaratibu wa urekebishaji wa radi uliochochewa na LF MOS iliyorekebishwa.Muhtasari wa majibu ya gesi kwa gesi 10 za kupunguza na kuongeza vioksidishaji kulingana na nanowires safi za SnO2 na Cr2O3@SnO2 na michoro inayolingana ya mifumo ya hisi;na mifumo inayolingana ya WO3@SnO2 nanorodi na utaratibu wa kugundua133
Katika vifaa vya bilayer na multilayer heterostructure, njia ya uendeshaji ya kifaa inaongozwa na safu (kawaida safu ya chini) katika kuwasiliana moja kwa moja na electrodes, na heterojunction inayoundwa kwenye interface ya tabaka mbili inaweza kudhibiti conductivity ya safu ya chini. .Kwa hiyo, wakati gesi zinaingiliana na safu ya juu, zinaweza kuathiri kwa kiasi kikubwa njia za uendeshaji za safu ya chini na upinzani wa 134 wa kifaa.Kwa mfano, Kumar et al.77 iliripoti tabia tofauti ya TiO2@NiO na NiO@TiO2 safu mbili za NH3.Tofauti hii hutokea kwa sababu njia za uendeshaji za sensorer mbili zinatawala katika tabaka za vifaa tofauti (NiO na TiO2, kwa mtiririko huo), na kisha tofauti katika njia za uendeshaji za msingi ni tofauti77.
Bilayer au miundo ya safu nyingi za heteronano hutolewa kwa sputtering, uwekaji wa safu ya atomiki (ALD) na centrifugation56,70,134,135,136.Unene wa filamu na eneo la mawasiliano la nyenzo hizo mbili zinaweza kudhibitiwa vizuri.Kielelezo 7a na b zinaonyesha NiO@SnO2 na Ga2O3@WO3 nanofilms zilizopatikana kwa kunyunyiza ili kugundua ethanol135,137.Hata hivyo, mbinu hizi kwa ujumla huzalisha filamu bapa, na filamu tambarare hizi si nyeti sana kuliko nyenzo zenye muundo wa 3D kutokana na eneo lao mahususi la chini na upenyezaji wa gesi.Kwa hivyo, mkakati wa awamu ya kioevu wa kutengeneza filamu za bilayer zenye viwango tofauti pia umependekezwa ili kuboresha utendaji wa kiakili kwa kuongeza eneo mahususi la uso41,52,138.Zhu et al139 walichanganya mbinu za kunyunyizia maji na hidrothermal ili kuzalisha nanowires za ZnO zilizopangwa sana juu ya nanowires za SnO2 (ZnO@SnO2 nanowires) kwa ugunduzi wa H2S (Mchoro 7c).Majibu yake kwa 1 ppm H2S ni ya juu mara 1.6 kuliko yale ya kitambuzi kulingana na nanofilms za ZnO@SnO2 zilizopigwa.Liu na wenzake.52 iliripoti kihisi cha utendakazi wa hali ya juu cha H2S kwa kutumia mbinu ya uwekaji kemikali ya hatua mbili katika situ kuunda miundo ya hali ya juu ya SnO2@NiO ikifuatwa na uwekaji hewa wa joto (Mchoro 10d).Ikilinganishwa na filamu za kawaida za SnO2@NiO bilayer zilizosambaratika, utendakazi wa unyeti wa muundo wa safu ya safu ya SnO2@NiO umeboreshwa kwa kiasi kikubwa kutokana na ongezeko la eneo mahususi52,137.
Sensor ya gesi ya safu mbili kulingana na MOS.NiO@SnO2 nanofilm ya kugundua ethanol;137b Ga2O3@WO3 nanofilm kwa utambuzi wa ethanol;135c iliyoagizwa sana SnO2@ZnO bilayer muundo wa daraja kwa ugunduzi wa H2S;139d SnO2@NiO bilayer muundo wa daraja la kugundua H2S52.
Katika vifaa vya aina ya II kulingana na heteronanostructures ya msingi-shell (CSHNs), utaratibu wa kuhisi ni ngumu zaidi, kwani njia za uendeshaji hazipunguki kwenye shell ya ndani.Njia zote za utengenezaji na unene (hs) wa kifurushi zinaweza kuamua eneo la njia za conductive.Kwa mfano, wakati wa kutumia njia za awali za chini-juu, njia za uendeshaji kawaida hupunguzwa kwa msingi wa ndani, ambao ni sawa na muundo wa miundo ya vifaa vya safu mbili au multilayer (Mchoro 2b (3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 iliripoti mbinu ya chini juu ya kupata CSHN NiO@α-Fe2O3 na CuO@α-Fe2O3 kwa kuweka safu ya NiO au CuO NPs kwenye nanorodi α-Fe2O3 ambapo chaneli ya upitishaji ilipunguzwa na sehemu ya kati.(nanorodi α-Fe2O3).Liu na wenzake.142 pia ilifaulu kuweka kikomo cha njia ya upitishaji kwa sehemu kuu ya CSHN TiO2 @ Si kwa kuweka TiO2 kwenye safu zilizotayarishwa za nanowires za silicon.Kwa hiyo, tabia yake ya kuhisi (p-aina au n-aina) inategemea tu aina ya semiconductor ya nanowire ya silicon.
Hata hivyo, vitambuzi vingi vinavyotokana na CSHN (Mtini. 2b(4)) vilitengenezwa kwa kuhamisha poda za nyenzo za CS zilizounganishwa kwenye chip.Katika kesi hiyo, njia ya uendeshaji wa sensor inathiriwa na unene wa nyumba (hs).Kikundi cha Kim kilichunguza athari za hs kwenye utendaji wa kugundua gesi na kupendekeza mbinu inayoweza kutambulika100,112,145,146,147,148. Inaaminika kuwa mambo mawili yanachangia utaratibu wa kuhisi wa muundo huu: (1) moduli ya radial ya EDL ya shell na (2) athari ya kupaka uwanja wa umeme (Mchoro 8) 145. Watafiti walitaja kuwa njia ya upitishaji. ya wabebaji mara nyingi hufungiwa kwenye safu ya ganda wakati hs > λD ya safu ya ganda145. Inaaminika kuwa mambo mawili yanachangia utaratibu wa kuhisi wa muundo huu: (1) moduli ya radial ya EDL ya shell na (2) athari ya kupaka uwanja wa umeme (Mchoro 8) 145. Watafiti walitaja kuwa njia ya upitishaji. ya wabebaji mara nyingi hufungiwa kwenye safu ya ganda wakati hs > λD ya safu ya ganda145. 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. Inaaminika kuwa mambo mawili yanahusika katika utaratibu wa mtazamo wa muundo huu: (1) modulation ya radial ya EDL ya shell na (2) athari ya blurring shamba la umeme (Mchoro 8) 145. Watafiti walibainisha kuwa chaneli ya upitishaji ya mtoa huduma hufungiwa hasa kwenye ganda wakati hs > λD shells145.Inaaminika kuwa mambo mawili yanachangia utaratibu wa kutambua muundo huu: (1) urekebishaji wa radial wa DEL ya shell na (2) athari za kupaka uwanja wa umeme (Mchoro 8) 145.研究人员提到传导通道当壳层的hs > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳层. > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳层. Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителей в основном ограничено оболочкой. Watafiti walibaini kuwa chaneli ya upitishaji Wakati hs > λD145 ya ganda, idadi ya wabebaji imepunguzwa sana na ganda.Kwa hiyo, katika urekebishaji wa kupinga wa sensor kulingana na CSHN, modulation ya radial ya cladding DEL inashinda (Mchoro 8a).Hata hivyo, katika hs ≤ λD ya shell, chembe za oksijeni zinazotangazwa na shell na heterojunction inayoundwa kwenye heterojunction ya CS huisha kabisa elektroni. Kwa hiyo, njia ya upitishaji haipatikani tu ndani ya safu ya shell lakini pia sehemu katika sehemu ya msingi, hasa wakati hs < λD ya safu ya shell. Kwa hiyo, njia ya upitishaji haipatikani tu ndani ya safu ya shell lakini pia sehemu katika sehemu ya msingi, hasa wakati hs < λD ya safu ya shell. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, но na частично katika сердцевинной части, особено причечного слоя. Kwa hiyo, njia ya uendeshaji haipatikani tu ndani ya safu ya shell, lakini pia sehemu katika sehemu ya msingi, hasa kwa hs < λD ya safu ya shell.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 < λD 时. hs < λD 时. Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, но na частично katika сердцевине, особенно при hs < λD облочки. Kwa hiyo, channel conduction iko si tu ndani ya shell, lakini pia sehemu katika msingi, hasa katika hs < λD ya shell.Katika kesi hii, shell ya elektroni iliyopungua kikamilifu na safu ya msingi iliyopungua kwa kiasi husaidia kurekebisha upinzani wa CSHN nzima, na kusababisha athari ya mkia wa shamba la umeme (Mchoro 8b).Masomo mengine yametumia dhana ya sehemu ya kiasi cha EDL badala ya mkia wa uwanja wa umeme kuchanganua athari ya hs100,148.Kwa kuzingatia michango hii miwili, jumla ya urekebishaji wa upinzani wa CSHN hufikia thamani yake kuu wakati hs inalinganishwa na sheath λD, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8c.Kwa hivyo, hs mojawapo ya CSHN inaweza kuwa karibu na shell λD, ambayo inaambatana na uchunguzi wa majaribio99,144,145,146,149.Tafiti kadhaa zimeonyesha kuwa hs pia inaweza kuathiri unyeti wa vitambuzi vya pn-heterojunction40,148 vinavyotokana na CSHN.Li et al.148 na Bai et al.40 ilichunguza kwa utaratibu athari ya hs kwenye utendakazi wa vitambuzi vya pn-heterojunction CSHN, kama vile TiO2@CuO na ZnO@NiO, kwa kubadilisha mzunguko wa ALD wa kufunika.Kama matokeo, tabia ya hisia ilibadilika kutoka aina ya p hadi aina ya n na kuongezeka kwa hs40,148.Tabia hii inatokana na ukweli kwamba mwanzoni (pamoja na idadi ndogo ya mizunguko ya ALD) miundo ya heterona inaweza kuzingatiwa kama miundo ya heteronano iliyorekebishwa.Kwa hivyo, njia ya upitishaji imepunguzwa na safu ya msingi (p-aina ya MOSFET), na sensor inaonyesha tabia ya kugundua aina ya p.Kadiri idadi ya mizunguko ya ALD inavyoongezeka, safu ya kufunika (n-aina ya MOSFET) inakuwa sawa na kuendelea na hufanya kama njia ya upitishaji, na kusababisha unyeti wa aina ya n.Tabia kama hiyo ya mpito ya hisi imeripotiwa kwa pn matawi heteronanostructures 150,151 .Zhou na wengine.150 ilichunguza unyeti wa miundo ya heteronano yenye matawi ya Zn2SnO4@Mn3O4 kwa kudhibiti maudhui ya Zn2SnO4 kwenye uso wa nanowires za Mn3O4.Wakati viini vya Zn2SnO4 vilipoundwa kwenye uso wa Mn3O4, unyeti wa aina ya p ulizingatiwa.Kwa ongezeko zaidi la maudhui ya Zn2SnO4, sensor kulingana na matawi ya Zn2SnO4@Mn3O4 heteronanostructures hubadilisha tabia ya sensor ya aina ya n.
Maelezo ya dhana ya utaratibu wa vitambuzi vinavyofanya kazi mbili vya CS nanowires yanaonyeshwa.urekebishaji wa Ustahimilivu kwa sababu ya urekebishaji wa radial wa makombora ya elektroni, b Athari mbaya ya kupaka kwenye urekebishaji wa upinzani, na c Urekebishaji wa jumla wa upinzani wa CS nanowires kutokana na mchanganyiko wa athari zote mbili 40
Kwa kumalizia, sensorer za aina ya II zinajumuisha nanostructures nyingi za hierarchical, na utendaji wa sensor hutegemea sana mpangilio wa njia za conductive.Kwa hiyo, ni muhimu kudhibiti nafasi ya njia ya uendeshaji ya sensor na kutumia mfano unaofaa wa MOS wa heteronanostructured ili kujifunza utaratibu wa kupanuliwa wa sensorer ya aina ya II.
Miundo ya sensor ya aina ya III sio ya kawaida sana, na njia ya uendeshaji inategemea heterojunction inayoundwa kati ya semiconductors mbili zilizounganishwa na electrodes mbili, kwa mtiririko huo.Miundo ya kipekee ya kifaa kawaida hupatikana kupitia mbinu za micromachining na mifumo yao ya kuhisi ni tofauti sana na miundo miwili ya awali ya sensorer.Mviringo wa IV wa kihisi cha Aina ya III kwa kawaida huonyesha sifa za kawaida za urekebishaji kutokana na uundaji wa miunganisho ya sehemu tofauti48,152,153.Mviringo wa tabia ya I–V wa mkutano bora wa heterojunction unaweza kuelezewa na utaratibu wa halijoto wa utoaji wa elektroni juu ya urefu wa kizuizi cha heterojunction152,154,155.
ambapo Va ni voltage ya upendeleo, A ni eneo la kifaa, k ni Boltzmann mara kwa mara, T ni joto kabisa, q ni malipo ya carrier, Jn na Jp ni shimo na msongamano wa elektroni wa sasa, kwa mtiririko huo.IS inawakilisha mkondo wa kueneza wa kinyume, unaofafanuliwa kama: 152,154,155
Kwa hiyo, jumla ya sasa ya pn heterojunction inategemea mabadiliko katika mkusanyiko wa flygbolag za malipo na mabadiliko ya urefu wa kizuizi cha heterojunction, kama inavyoonyeshwa katika equations (3) na (4) 156
ambapo nn0 na pp0 ni mkusanyiko wa elektroni (mashimo) katika aina ya n (p-aina) MOS, \(V_{bi}^0\) ni uwezo uliojengewa ndani, Dp (Dn) ni mgawo wa usambaaji wa elektroni (mashimo), Ln (Lp ) ni urefu wa usambaaji wa elektroni (mashimo), ΔEv (ΔEc) ni mabadiliko ya nishati ya bendi ya valence (bendi ya upitishaji) kwenye makutano.Ingawa msongamano wa sasa unalingana na msongamano wa mtoa huduma, unawiana sana na \(V_{bi}^0\).Kwa hiyo, mabadiliko ya jumla katika wiani wa sasa inategemea sana urekebishaji wa urefu wa kizuizi cha heterojunction.
Kama ilivyoelezwa hapo juu, uundaji wa MOSFETs ya hetero-nanostructured (kwa mfano, aina ya I na vifaa vya aina ya II) inaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa utendaji wa sensor, badala ya vipengele vya mtu binafsi.Na kwa vifaa vya aina ya III, majibu ya heteronanostructure yanaweza kuwa ya juu kuliko vipengele viwili 48,153 au zaidi ya sehemu moja76, kulingana na muundo wa kemikali wa nyenzo.Ripoti kadhaa zimeonyesha kuwa majibu ya miundo ya heteronano ni ya juu zaidi kuliko ile ya sehemu moja wakati moja ya vipengele haizingatii gesi inayolengwa48,75,76,153.Katika kesi hii, gesi inayolengwa itaingiliana tu na safu nyeti na kusababisha mabadiliko ya Ef ya safu nyeti na mabadiliko katika urefu wa kizuizi cha heterojunction.Kisha jumla ya sasa ya kifaa itabadilika kwa kiasi kikubwa, kwa kuwa ni kinyume chake kuhusiana na urefu wa kizuizi cha heterojunction kulingana na equation.(3) na (4) 48,76,153.Hata hivyo, wakati vipengele vya aina ya n na p ni nyeti kwa gesi lengwa, utendaji wa ugunduzi unaweza kuwa mahali fulani kati.José et al.76 walizalisha kihisishi chenye vinyweleo vya filamu ya NiO/SnO2 NO2 kwa kutapika na kugundua kuwa unyeti wa kihisi ulikuwa wa juu tu kuliko ule wa kihisi cha msingi wa NiO, lakini chini kuliko ule wa kitambuzi cha msingi cha SnO2.sensor.Jambo hili linatokana na ukweli kwamba SnO2 na NiO zinaonyesha athari tofauti kwa NO276.Pia, kwa sababu vipengele viwili vina hisia tofauti za gesi, vinaweza kuwa na tabia sawa ya kuchunguza vioksidishaji na kupunguza gesi.Kwa mfano, Kwon et al.157 ilipendekeza sensor ya gesi ya NiO/SnO2 pn-heterojunction kwa sputtering oblique, kama inavyoonekana katika Mchoro 9a.Inashangaza, sensor ya NiO/SnO2 pn-heterojunction ilionyesha mwelekeo huo wa unyeti kwa H2 na NO2 (Mchoro 9a).Ili kutatua matokeo haya, Kwon et al.157 ilichunguza kwa utaratibu jinsi NO2 na H2 hubadilisha viwango vya mtoa huduma na kuweka \(V_{bi}^0\) ya nyenzo zote mbili kwa kutumia sifa za IV na uigaji wa kompyuta (Mchoro 9bd).Takwimu 9b na c zinaonyesha uwezo wa H2 na NO2 kubadilisha wiani wa carrier wa sensorer kulingana na p-NiO (pp0) na n-SnO2 (nn0), kwa mtiririko huo.Walionyesha kuwa pp0 ya p-aina ya NiO ilibadilika kidogo katika mazingira ya NO2, wakati ilibadilika sana katika mazingira ya H2 (Mchoro 9b).Hata hivyo, kwa n-aina ya SnO2, nn0 inatenda kinyume (Mchoro 9c).Kulingana na matokeo haya, waandishi walihitimisha kuwa wakati H2 ilitumiwa kwa kihisi kulingana na NiO/SnO2 pn heterojunction, ongezeko la nn0 lilisababisha ongezeko la Jn, na \(V_{bi}^0\) ilisababisha a kupungua kwa majibu (Mchoro 9d).Baada ya kufichuliwa na NO2, upungufu mkubwa wa nn0 katika SnO2 na ongezeko ndogo la pp0 katika NiO husababisha kupungua kwa kiasi kikubwa kwa \ (V_{bi} ^0\), ambayo inahakikisha ongezeko la majibu ya hisia (Mchoro 9d. ) 157 Kwa kumalizia, mabadiliko katika mkusanyiko wa watoa huduma na \(V_{bi}^0\) husababisha mabadiliko katika jumla ya sasa, ambayo huathiri zaidi uwezo wa kutambua.
Utaratibu wa kuhisi wa sensor ya gesi inategemea muundo wa kifaa cha Aina ya III.Inachanganua hadubini ya elektroni (SEM) picha za sehemu-mbali, kifaa cha p-NiO/n-SnO2 nanocoil na sifa za kitambuzi za p-NiO/n-SnO2 kihisi cha heterojunction ya nanocoil saa 200°C kwa H2 na NO2;b , SEM ya sehemu tofauti ya kifaa cha c, na matokeo ya uigaji wa kifaa kilicho na safu b ya p-NiO na safu c ya n-SnO2.Sensorer b p-NiO na sensor c n-SnO2 hupima na kuendana na sifa za I-V katika hewa kavu na baada ya kufichuliwa na H2 na NO2.Ramani ya pande mbili ya msongamano wa b-shimo katika p-NiO na ramani ya c-elektroni katika safu ya n-SnO2 yenye mizani ya rangi iliundwa kwa kutumia programu ya Sentaurus TCAD.d Matokeo ya uigaji yanayoonyesha ramani ya 3D ya p-NiO/n-SnO2 katika hewa kavu, H2 na NO2157 katika mazingira.
Mbali na mali ya kemikali ya nyenzo yenyewe, muundo wa kifaa cha Aina ya III unaonyesha uwezekano wa kuunda sensorer za gesi za kujitegemea, ambazo haziwezekani na vifaa vya Aina ya I na Aina ya II.Kwa sababu ya uwanja wao wa asili wa umeme (BEF), miundo ya diode ya pn heterojunction hutumiwa kwa kawaida kujenga vifaa vya photovoltaic na kuonyesha uwezo wa kutengeneza vihisi vya gesi ya picha vinavyojiendesha kwa joto la kawaida chini ya mwanga74,158,159,160,161.BEF katika mchanganyiko wa hetero, unaosababishwa na tofauti katika viwango vya Fermi vya vifaa, pia huchangia mgawanyiko wa jozi za shimo la elektroni.Faida ya sensor ya gesi ya photovoltaic inayojiendesha yenyewe ni matumizi yake ya chini ya nguvu kwani inaweza kunyonya nishati ya mwanga unaoangazia na kisha kujidhibiti yenyewe au vifaa vingine vidogo bila kuhitaji chanzo cha nguvu cha nje.Kwa mfano, Tanuma na Sugiyama162 zimebuni miunganisho ya NiO/ZnO pn kama seli za jua ili kuwezesha vitambuzi vya CO2 vyenye polycrystalline CO2.Gad na wenzake.74 iliripoti sensor ya gesi ya photovoltaic inayojiendesha yenyewe kulingana na Si/ZnO@CdS pn heterojunction, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10a.Nanowire za ZnO zilizoelekezwa kiwima zilikuzwa moja kwa moja kwenye sehemu ndogo za silikoni za aina ya p na kuunda miunganisho mikuu ya Si/ZnO pn.Kisha nanoparticles za CdS zilirekebishwa kwenye uso wa nanowires za ZnO kwa urekebishaji wa uso wa kemikali.Kwenye mtini.10a inaonyesha matokeo ya majibu ya kihisi cha Si/ZnO@CdS ya nje ya mtandao kwa O2 na ethanol.Chini ya kuangaza, voltage ya mzunguko wa wazi (Voc) kutokana na kutenganishwa kwa jozi za shimo la elektroni wakati wa BEP kwenye Si/ZnO heterointerface huongezeka kwa mstari na idadi ya diode zilizounganishwa74,161.Voc inaweza kuwakilishwa na equation.(5) 156,
ambapo ND, NA, na Ni ni viwango vya wafadhili, wapokeaji, na wabebaji asili, mtawalia, na k, T, na q ni vigezo sawa na katika mlinganyo wa awali.Inapofunuliwa na gesi za vioksidishaji, hutoa elektroni kutoka kwa nanowires ZnO, ambayo husababisha kupungua kwa \(N_D^{ZnO}\) na Voc.Kinyume chake, kupunguzwa kwa gesi kulisababisha ongezeko la Voc (Mchoro 10a).Wakati wa kupamba ZnO kwa kutumia nanoparticles za CdS, elektroni zenye msisimko wa picha katika nanoparticles za CdS hudungwa kwenye bendi ya upitishaji ya ZnO na kuingiliana na gesi ya adsorbed, na hivyo kuongeza ufanisi wa mtazamo74,160.Sensor sawa ya gesi ya photovoltaic inayojiendesha yenyewe kulingana na Si/ZnO iliripotiwa na Hoffmann et al.160, 161 (Mchoro 10b).Sensor hii inaweza kutayarishwa kwa kutumia laini ya nanoparticles za ZnO zilizofanya kazi kwa amini ([3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane) (amino-functionalized-SAM) na thiol ((3-mercaptopropyl)-zinazofanya kazi, kurekebisha utendaji kazi. ya gesi inayolengwa kwa ajili ya kugundua kwa kuchagua NO2 (trimethoxysilane) (thiol-functionalized-SAM)) (Mchoro 10b) 74,161.
Sensor ya gesi ya photoelectric inayojiendesha yenyewe kulingana na muundo wa kifaa cha aina ya III.sensor ya gesi ya photovoltaic inayojiendesha yenyewe kulingana na Si/ZnO@CdS, utaratibu wa kutambua unaojiendesha yenyewe na mwitikio wa kihisi kwa oksidi (O2) na kupunguza (1000 ppm ethanol) gesi chini ya jua;74b Sensor ya gesi ya photovoltaic inayojiendesha yenyewe kulingana na vitambuzi vya Si ZnO/ZnO na majibu ya sensor kwa gesi mbalimbali baada ya kufanya kazi kwa ZnO SAM na amini za mwisho na thiols 161
Kwa hiyo, wakati wa kujadili utaratibu nyeti wa sensorer ya aina ya III, ni muhimu kuamua mabadiliko katika urefu wa kizuizi cha heterojunction na uwezo wa gesi kushawishi ukolezi wa carrier.Zaidi ya hayo, mwangaza unaweza kuzalisha vibebaji vyenye picha ambavyo huguswa na gesi, jambo ambalo linaahidi kugundua gesi inayojiendesha yenyewe.
Kama ilivyojadiliwa katika hakiki hii ya fasihi, miundo mingi tofauti ya MOS imebuniwa ili kuboresha utendaji wa sensorer.Hifadhidata ya Wavuti ya Sayansi ilitafutwa ili kupata maneno mbalimbali muhimu (composites ya oksidi ya metali, oksidi za metali za ala-msingi, oksidi za chuma zilizowekwa tabaka, na vichanganuzi vya gesi vinavyojiendesha vyenyewe) pamoja na sifa bainifu (wingi, usikivu/uteuzi, uwezo wa kuzalisha umeme, utengenezaji) .Mbinu Tabia za vifaa vitatu kati ya hivi vitatu vinaonyeshwa katika Jedwali 2. Dhana ya jumla ya kubuni kwa sensorer ya juu ya utendaji wa gesi inajadiliwa kwa kuchambua mambo matatu muhimu yaliyopendekezwa na Yamazoe.Taratibu za Sensorer za Muundo wa MOS Ili kuelewa mambo yanayoathiri vitambuzi vya gesi, vigezo mbalimbali vya MOS (km, saizi ya nafaka, halijoto ya uendeshaji, kasoro na msongamano wa nafasi ya oksijeni, ndege wazi za fuwele) vimesomwa kwa uangalifu.Muundo wa kifaa, ambao pia ni muhimu kwa tabia ya hisi ya kitambuzi, umepuuzwa na kujadiliwa mara chache.Ukaguzi huu unajadili mbinu za msingi za kugundua aina tatu za kawaida za muundo wa kifaa.
Muundo wa saizi ya nafaka, mbinu ya utengenezaji na idadi ya miunganisho ya sehemu tofauti za nyenzo ya kuhisi katika kihisi cha Aina ya I inaweza kuathiri pakubwa unyeti wa kitambuzi.Kwa kuongeza, tabia ya sensor pia huathiriwa na uwiano wa molar wa vipengele.Miundo ya kifaa cha aina ya II (heteronanostructures ya mapambo, bilayer au filamu nyingi za safu, HSSNs) ni miundo ya kifaa maarufu zaidi inayojumuisha vipengele viwili au zaidi, na sehemu moja tu imeunganishwa na electrode.Kwa muundo huu wa kifaa, kuamua eneo la njia za uendeshaji na mabadiliko yao ya jamaa ni muhimu katika kujifunza utaratibu wa mtazamo.Kwa sababu vifaa vya aina ya II vinajumuisha miundo mingi tofauti ya hierarkia, mbinu nyingi tofauti za kutambua zimependekezwa.Katika muundo wa hisia za aina ya III, njia ya uendeshaji inaongozwa na heterojunction inayoundwa kwenye heterojunction, na utaratibu wa mtazamo ni tofauti kabisa.Kwa hiyo, ni muhimu kuamua mabadiliko katika urefu wa kizuizi cha heterojunction baada ya kufichua gesi inayolengwa kwa sensor ya aina ya III.Kwa muundo huu, sensorer za gesi ya photovoltaic zinazojiendesha zinaweza kufanywa ili kupunguza matumizi ya nguvu.Hata hivyo, kwa kuwa mchakato wa uundaji wa sasa ni mgumu zaidi na unyeti ni wa chini sana kuliko vihisi vya gesi vinavyokinza chemo vya jadi vya MOS, bado kuna maendeleo mengi katika utafiti wa vitambuzi vya gesi vinavyojiendesha.
Faida kuu za sensorer za MOS za gesi na muundo wa hierarchical heteronanostructures ni kasi na unyeti wa juu.Hata hivyo, baadhi ya matatizo muhimu ya vitambuzi vya gesi ya MOS (kwa mfano, halijoto ya juu ya uendeshaji, uthabiti wa muda mrefu, uteuzi duni na uzalishwaji, athari za unyevu, n.k.) bado yapo na yanahitaji kushughulikiwa kabla ya kutumika katika matumizi ya vitendo.Sensorer za kisasa za gesi za MOS kawaida hufanya kazi kwa joto la juu na hutumia nguvu nyingi, ambayo huathiri utulivu wa muda mrefu wa sensor.Kuna mbinu mbili za kawaida za kutatua tatizo hili: (1) maendeleo ya chips za sensor ya nguvu ya chini;(2) uundaji wa nyenzo mpya nyeti ambazo zinaweza kufanya kazi kwa joto la chini au hata kwenye joto la kawaida.Mbinu mojawapo ya uundaji wa chips za vitambuzi vya nguvu ya chini ni kupunguza ukubwa wa kitambuzi kwa kutengeneza bamba za kupasha joto kidogo kulingana na keramik na silicon163.Sahani ndogo za kauri za kupokanzwa hutumia takriban 50-70 mV kwa kila kihisi, ilhali bati ndogo za kupokanzwa zenye msingi wa silicon zinaweza kutumia kiasi kidogo cha 2 mW kwa kila kihisi wakati zinafanya kazi kwa kuendelea kwa 300 °C163,164.Uundaji wa nyenzo mpya za kuhisi ni njia bora ya kupunguza matumizi ya nguvu kwa kupunguza joto la uendeshaji, na pia inaweza kuboresha utulivu wa sensorer.Kadiri saizi ya MOS inavyoendelea kupunguzwa ili kuongeza usikivu wa kihisi, utulivu wa joto wa MOS unakuwa changamoto zaidi, ambayo inaweza kusababisha kuruka kwa ishara ya sensor165.Aidha, joto la juu linakuza uenezi wa vifaa kwenye heterointerface na uundaji wa awamu mchanganyiko, ambayo huathiri mali ya elektroniki ya sensor.Watafiti wanaripoti kuwa halijoto bora ya kufanya kazi ya sensor inaweza kupunguzwa kwa kuchagua nyenzo zinazofaa za kuhisi na kukuza miundo ya MOS.Utafutaji wa mbinu ya halijoto ya chini ya kuunda miundo yenye fuwele ya MOS heteronano ni mbinu nyingine ya kuboresha uthabiti.
Uteuzi wa vitambuzi vya MOS ni suala lingine la vitendo kwani gesi tofauti hukaa pamoja na gesi inayolengwa, ilhali vihisi vya MOS mara nyingi ni nyeti kwa zaidi ya gesi moja na mara nyingi huonyesha hisia tofauti.Kwa hivyo, kuongeza uteuzi wa sensor kwa gesi inayolengwa na kwa gesi zingine ni muhimu kwa matumizi ya vitendo.Katika miongo michache iliyopita, chaguo hilo limeshughulikiwa kwa sehemu kwa kuunda safu za vitambuzi vya gesi vinavyoitwa "pua za kielektroniki (E-pua)" pamoja na kanuni za uchanganuzi wa hesabu kama vile ujanibishaji wa vekta ya mafunzo (LVQ), uchambuzi wa sehemu kuu (PCA), nk e.Matatizo ya ngono.Viwanja Vidogo Vidogo (PLS), n.k. 31, 32, 33, 34. Sababu kuu mbili (idadi ya vihisi, ambavyo vinahusiana kwa karibu na aina ya nyenzo za kuhisi, na uchanganuzi wa hesabu) ni muhimu katika kuboresha uwezo wa pua za kielektroniki. kutambua gesi169.Walakini, kuongeza idadi ya sensorer kawaida kunahitaji michakato mingi ngumu ya utengenezaji, kwa hivyo ni muhimu kutafuta njia rahisi ya kuboresha utendaji wa pua za elektroniki.Kwa kuongeza, kurekebisha MOS na vifaa vingine pia kunaweza kuongeza uteuzi wa sensor.Kwa mfano, ugunduzi maalum wa H2 unaweza kupatikana kutokana na shughuli nzuri ya kichocheo ya MOS iliyorekebishwa na NP Pd.Katika miaka ya hivi karibuni, watafiti wengine wameweka uso wa MOS MOF ili kuboresha uteuzi wa sensor kupitia kutengwa kwa saizi171,172.Imehamasishwa na kazi hii, utendakazi wa nyenzo unaweza kwa namna fulani kutatua tatizo la kuchagua.Hata hivyo, bado kuna kazi nyingi ya kufanywa katika kuchagua nyenzo sahihi.
Kurudiwa kwa sifa za sensorer zinazotengenezwa chini ya hali na mbinu sawa ni mahitaji mengine muhimu kwa uzalishaji wa kiasi kikubwa na matumizi ya vitendo.Kwa kawaida, njia za kupenyeza na kuzamisha ni njia za gharama nafuu za kutengeneza vitambuzi vya juu vya gesi.Hata hivyo, wakati wa taratibu hizi, nyenzo nyeti huwa na jumla na uhusiano kati ya nyenzo nyeti na substrate inakuwa dhaifu68, 138, 168. Matokeo yake, unyeti na utulivu wa sensor huharibika kwa kiasi kikubwa, na utendaji unakuwa wa kuzaliana.Mbinu nyingine za uundaji kama vile kunyunyizia maji, ALD, uwekaji wa leza ya mapigo (PLD), na uwekaji wa mvuke halisi (PVD) huruhusu uundaji wa filamu za bilayer au safu nyingi za MOS moja kwa moja kwenye silikoni yenye muundo au substrates za alumina.Mbinu hizi huepuka mrundikano wa nyenzo nyeti, huhakikisha uzalishwaji wa vitambuzi, na kuonyesha uwezekano wa utengenezaji wa kiwango kikubwa cha vitambuzi vya filamu nyembamba.Hata hivyo, unyeti wa filamu hizi bapa kwa ujumla ni wa chini sana kuliko ule wa nyenzo zenye muundo wa 3D kutokana na eneo lao dogo mahususi na upenyezaji mdogo wa gesi41,174.Mikakati mipya ya kukuza miundo ya MOS ya heteronano katika maeneo mahususi kwenye safu ndogo ndogo zilizoundwa na kudhibiti kwa usahihi ukubwa, unene, na umbile la nyenzo nyeti ni muhimu kwa uundaji wa bei ya chini wa vitambuzi vya kiwango cha kaki na uwezo wa juu wa kuzaliana na usikivu.Kwa mfano, Liu et al.174 ilipendekeza mkakati wa pamoja wa kutoka juu kwenda chini na chini juu wa kutengeneza fuwele zenye ubora wa juu kwa kukua katika situ Ni(OH)2 nanowalls katika maeneo mahususi..Kaki kwa microburners.
Kwa kuongeza, ni muhimu pia kuzingatia athari za unyevu kwenye sensor katika matumizi ya vitendo.Molekuli za maji zinaweza kushindana na molekuli za oksijeni kwa tovuti za adsorption katika nyenzo za vitambuzi na kuathiri uwajibikaji wa kitambuzi kwa gesi inayolengwa.Kama oksijeni, maji hufanya kama molekuli kupitia mseto wa kimwili, na pia yanaweza kuwepo katika mfumo wa itikadi kali ya hidroksili au vikundi vya haidroksili katika vituo mbalimbali vya oksidi kupitia chemisorption.Aidha, kutokana na kiwango cha juu na unyevu wa kutofautiana wa mazingira, majibu ya kuaminika ya sensor kwa gesi inayolengwa ni tatizo kubwa.Mikakati kadhaa imeandaliwa ili kukabiliana na tatizo hili, kama vile mlimbikizo wa gesi177, fidia ya unyevunyevu na njia za kimiani tendaji178, pamoja na njia za kukausha179,180.Hata hivyo, njia hizi ni ghali, ngumu, na kupunguza unyeti wa sensor.Mikakati kadhaa ya bei nafuu imependekezwa kukandamiza athari za unyevu.Kwa mfano, kupamba SnO2 kwa kutumia nanoparticles za Pd kunaweza kukuza ubadilishaji wa oksijeni ya adsorbed kuwa chembe za anionic, huku kufanya kazi kwa SnO2 na nyenzo zenye mshikamano wa juu wa molekuli za maji, kama vile NiO na CuO, ni njia mbili za kuzuia utegemezi wa unyevu kwenye molekuli za maji..Sensorer 181, 182, 183. Aidha, athari ya unyevu inaweza pia kupunguzwa kwa kutumia vifaa vya hydrophobic kuunda nyuso za hydrophobic36,138,184,185.Hata hivyo, uundaji wa vitambuzi vya gesi inayostahimili unyevu bado uko katika hatua ya awali, na mikakati ya juu zaidi inahitajika kushughulikia masuala haya.
Kwa kumalizia, maboresho katika utendaji wa ugunduzi (kwa mfano, unyeti, uwezo wa kuchagua, halijoto ya chini zaidi ya uendeshaji) yamepatikana kwa kuunda miundo ya MOS heteronanostructures, na mbinu mbalimbali za utambuzi zilizoboreshwa zimependekezwa.Wakati wa kusoma utaratibu wa kuhisi wa sensor fulani, muundo wa kijiometri wa kifaa lazima pia uzingatiwe.Utafiti wa nyenzo mpya za kuhisi na utafiti katika mikakati ya hali ya juu ya uundaji utahitajika ili kuboresha zaidi utendakazi wa vitambuzi vya gesi na kushughulikia changamoto zilizosalia katika siku zijazo.Kwa urekebishaji unaodhibitiwa wa sifa za sensorer, inahitajika kuunda kwa utaratibu uhusiano kati ya njia ya syntetisk ya vifaa vya sensor na kazi ya miundo ya heteronano.Kwa kuongeza, utafiti wa athari za uso na mabadiliko ya heterointerfaces kwa kutumia mbinu za kisasa za tabia inaweza kusaidia kufafanua taratibu za mtazamo wao na kutoa mapendekezo kwa ajili ya maendeleo ya sensorer kulingana na vifaa vya heteronanostructured.Hatimaye, utafiti wa mikakati ya kisasa ya kutengeneza vitambuzi unaweza kuruhusu uundaji wa vitambuzi vidogo vya gesi katika kiwango cha kaki kwa matumizi yao ya viwandani.
Genzel, NN et al.Utafiti wa muda mrefu wa viwango vya ndani vya nitrojeni dioksidi na dalili za kupumua kwa watoto walio na pumu katika maeneo ya mijini.jirani.Mtazamo wa afya.116, 1428–1432 (2008).


Muda wa kutuma: Nov-04-2022