半導體金屬氧化物是一種常見的氣體感應材料,當前國內外領域內使用這種類型的材料作為敏感材料來設計具有不同傳感原理的氣體傳感器。然而,這種氣體傳感器有著明顯的缺點,即選擇性和靈敏度較差。為了解決該問題,通常將氣敏材料和沸石結合以制備金屬氧化物/沸石氣體傳感器,并且使用沸石獨特的物理和化學性質來改善金屬氧化物的氣敏性質。
目前,用于氣體檢測的常用方法包括色譜法,紅外光譜法,電化學分析法和傳感器技術分析法等。基于成本和便利性等因素,傳感器技術已被廣泛使用。根據檢測原理,氣體傳感器可分為半導體傳感器、電化學傳感器、石英振蕩傳感器、光纖傳感器、熱導率傳感器、表面聲波傳感器等,其中金屬氧化物是常用的氣體傳感材料之一。但是,這種材料具有諸如靈敏度低和選擇性差的缺點。因此,研究人員圍繞改善傳感器的選擇性和靈敏度的一系列問題進行了許多研究。常用的方法是:向氣體敏感材料中添加催化劑和添加劑(貴金屬),控制氣體敏感傳感器的工作溫度,使用氣體過濾膜,形成異質結以及使用傳感器陣列。在上述方法中,使用沸石來改善傳感器性能是一種低成本且有效的方法。
沸石骨架中存在大量的極性點,這些極性點容易被極性氣體分子吸附,從而導致沸石及其復合材料的電學特性發(fā)生變化,進而提高了傳感器的氣體敏感性。沸石和其化合物在吸附氣體后會產生光學特性的變化,其原理是基于沸石的光學性質來測量氣體。
簡而言之,傳統(tǒng)的半導體金屬氧化物氣體傳感器的氣體敏感性具有一定的缺點,因此國內外諸多研究團隊圍繞提高傳感器的選擇性和靈敏度進行了大量研究。其中,與沸石復合是一種常見且低成本的改進方法。將沸石獨特的物理和化學特性與不同的混合方法結合使用,可以提高原始敏感材料的選擇性和靈敏度。另外,為了降低傳感器的工作溫度及其自身的抵抗力,可以嘗試調整沸石的混合量,設計新的傳感器結構并構造額外的沸石功能層,并使用不同的檢測原理,例如微波測量和電化學測試方法。為了減少積碳,可以設計傳感器的氣體輸入結構,可以改變納米沸石的使用頻率、流量和工作溫度。