• פחמן חד חמצני מקורה פחמן דו חמצני מתאן כלור ומכשיר אזעקה לגלאי גז רב פרמטרים אחר

פחמן חד חמצני מקורה פחמן דו חמצני מתאן כלור ומכשיר אזעקה לגלאי גז רב פרמטרים אחר

פיתוח חיישני גז ניידים וממוזערים בעלי ביצועים גבוהים זוכה לתשומת לב גוברת בתחומי ניטור הסביבה, אבטחה, אבחון רפואי וחקלאות.בין כלי זיהוי שונים, חיישני גז עמידים בפני מתכת-תחמוצת-למחצה (MOS) הם הבחירה הפופולרית ביותר עבור יישומים מסחריים בשל היציבות הגבוהה, העלות הנמוכה והרגישות הגבוהה שלהם.אחת הגישות החשובות ביותר לשיפור נוסף של ביצועי החיישן היא יצירת חיבורים המבוססים על MOS בגודל ננו (MOS הטרו-ננו-מבנה) מננו-חומרי MOS.עם זאת, מנגנון החישה של חיישן MOS בעל מבנה הטרונוני שונה מזה של חיישן גז MOS יחיד, מכיוון שהוא מורכב למדי.ביצועי החיישן מושפעים מפרמטרים שונים, לרבות המאפיינים הפיזיקליים והכימיים של החומר הרגיש (כגון גודל גרגר, צפיפות פגמים ופינוי חמצן בחומר), טמפרטורת הפעלה ומבנה המכשיר.סקירה זו מציגה מספר מושגים לתכנון חיישני גז בעלי ביצועים גבוהים על ידי ניתוח מנגנון החישה של חיישני MOS הננו-מובנים הטרוגניים.בנוסף, נידונה השפעת המבנה הגיאומטרי של המכשיר, הנקבעת על ידי היחס בין החומר הרגיש לאלקטרודת העבודה.כדי ללמוד באופן שיטתי את התנהגות החיישנים, מאמר זה מציג ודן במנגנון התפיסה הכללי של שלושה מבנים גיאומטריים טיפוסיים של מכשירים המבוססים על חומרים הטרונונו-מובנים שונים.סקירה זו תשמש מדריך לקוראים עתידיים שלומדים את המנגנונים הרגישים של חיישני גז ומפתחים חיישני גז בעלי ביצועים גבוהים.
זיהום אוויר הוא בעיה חמורה יותר ויותר ובעיה סביבתית עולמית חמורה המאיימת על רווחתם של אנשים ויצורים חיים.שאיפת מזהמים גזים עלולה לגרום לבעיות בריאות רבות כמו מחלות בדרכי הנשימה, סרטן ריאות, לוקמיה ואפילו מוות מוקדם1,2,3,4.מ-2012 עד 2016, דווח על מיליוני אנשים שמתו מזיהום אוויר, ובכל שנה, מיליארדי אנשים נחשפו לאיכות אוויר ירודה5.לכן, חשוב לפתח חיישני גז ניידים וממוזערים שיכולים לספק משוב בזמן אמת וביצועי זיהוי גבוהים (למשל, רגישות, סלקטיביות, יציבות וזמני תגובה והתאוששות).בנוסף לניטור סביבתי, חיישני גז ממלאים תפקיד חיוני בבטיחות6,7,8, אבחון רפואי9,10, חקלאות ימית11 ועוד תחומים12.
עד כה, הוצגו מספר חיישני גז ניידים המבוססים על מנגנוני חישה שונים, כגון optical13,14,15,16,17,18, electrochemical19,20,21,22 וחיישני התנגדות כימיים23,24.ביניהם, חיישני התנגדות כימיים של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה (MOS) הם הפופולריים ביותר ביישומים מסחריים בשל יציבותם הגבוהה ועלותם הנמוכה25,26.ניתן לקבוע את ריכוז המזהם פשוט על ידי זיהוי השינוי בהתנגדות MOS.בתחילת שנות ה-60 דווחו על חיישני הגז העמידים לכימו הראשונים המבוססים על סרטים דקים של ZnO, שעוררו עניין רב בתחום גילוי הגז27,28.כיום, MOS רבים ושונים משמשים כחומרים רגישים לגז, וניתן לחלק אותם לשתי קטגוריות על סמך תכונותיהם הפיזיקליות: MOS מסוג n עם אלקטרונים כנושאות המטען הרוב ו-MOS מסוג p עם חורים כנושאי המטען הרוב.נושאי מטען.באופן כללי, MOS מסוג p פחות פופולרי מ-MOS מסוג n מכיוון שהתגובה האינדוקטיבית של MOS מסוג p (Sp) פרופורציונלית לשורש הריבועי של MOS מסוג n (\(S_p = \sqrt { S_n}\ ) ) באותן הנחות (למשל, אותו מבנה מורפולוגי ואותו שינוי בכיפוף הרצועות באוויר) 29,30.עם זאת, חיישני MOS עם בסיס יחיד עדיין מתמודדים עם בעיות כמו מגבלת זיהוי לא מספקת, רגישות נמוכה וסלקטיביות ביישומים מעשיים.ניתן לטפל בבעיות סלקטיביות במידה מסוימת על ידי יצירת מערכים של חיישנים (הנקראים "אפים אלקטרוניים") ושילוב אלגוריתמים של ניתוח חישובי כגון קוונטיזציה וקטור אימון (LVQ), ניתוח רכיבים עיקריים (PCA) וניתוח ריבועים קטנים (PLS)31, 32, 33, 34, 35. בנוסף, ייצור של MOS32,36,37,38,39 במימד נמוך (למשל ננו-חומרים חד-ממדיים (1D), 0D ו-2D), וכן שימוש בננו-חומרים אחרים ( למשל MOS40,41,42, ננו-חלקיקי מתכת אצילה (NPs))43,44, ננו-חומרי פחמן45,46 ופולימרים מוליכים47,48) ליצירת הטרוג'נקציות בקנה מידה ננומטרי (כלומר, MOS במבנה הטרונוננו) הן גישות מועדפות אחרות לפתרון הבעיות לעיל.בהשוואה לסרטי MOS עבים מסורתיים, MOS במימד נמוך עם שטח פנים ספציפי גבוה יכול לספק אתרים פעילים יותר לספיחת גז ולהקל על פיזור גז36,37,49.בנוסף, התכנון של מבנים הטרונוננו מבוססי MOS יכול לכוון עוד יותר את תעבורת הנשאים בממשק ההטרו, וכתוצאה מכך לשינויים גדולים בהתנגדות עקב פונקציות הפעלה שונות50,51,52.בנוסף, חלק מההשפעות הכימיות (למשל, פעילות קטליטית ותגובות פני שטח סינרגיסטיות) המתרחשות בתכנון של מבנים הטרונוניים של MOS יכולים גם לשפר את ביצועי החיישנים. ביצועי חיישנים, חיישנים מודרניים עמידים בפני כימותרפיה משתמשים בדרך כלל בניסוי וטעייה, דבר שגוזל זמן ולא יעיל.לכן, חשוב להבין את מנגנון החישה של חיישני גז מבוססי MOS מכיוון שהוא יכול להנחות את התכנון של חיישני כיוונים בעלי ביצועים גבוהים.
בשנים האחרונות חיישני גז MOS התפתחו במהירות וכמה דוחות פורסמו על ננו-מבנים של MOS55,56,57, חיישני גז בטמפרטורת החדר58,59, חומרים מיוחדים לחיישן MOS60,61,62 וחיישני גז מיוחדים63.מאמר סקירה ב- Other Reviews מתמקד בהבהרת מנגנון החישה של חיישני גז בהתבסס על המאפיינים הפיזיקליים והכימיים המהותיים של MOS, לרבות תפקידם של מקומות פנויים חמצן 64, תפקידם של הטרונונו-מבנים 55, 65 והעברת מטען בממשקי הטרו 66. בנוסף , פרמטרים רבים אחרים משפיעים על ביצועי החיישן, כולל הטרומבנה, גודל גרגר, טמפרטורת הפעלה, צפיפות פגמים, מקומות פנויים בחמצן ואפילו מישורי גביש פתוחים של החומר הרגיש25,67,68,69,70,71.72, 73. עם זאת, המבנה הגיאומטרי (המוזכר לעתים רחוקות) של המכשיר, הנקבע על ידי היחס בין חומר החישה לאלקטרודה הפועלת, משפיע באופן משמעותי גם על רגישות החיישן74,75,76 (ראה סעיף 3 לפרטים נוספים) .לדוגמה, Kumar et al.77 דיווחו על שני חיישני גז המבוססים על אותו חומר (למשל, חיישני גז דו-שכבתיים המבוססים על TiO2@NiO ו-NiO@TiO2) וצפו בשינויים שונים בעמידות הגז NH3 עקב גיאומטריות שונות של המכשיר.לכן, בעת ניתוח מנגנון חישת גז, חשוב לקחת בחשבון את מבנה המכשיר.בסקירה זו, המחברים מתמקדים במנגנוני זיהוי מבוססי MOS עבור ננו-מבנים הטרוגניים ומבני מכשירים שונים.אנו מאמינים שסקירה זו יכולה לשמש מדריך לקוראים המעוניינים להבין ולנתח מנגנוני זיהוי גז ויכולה לתרום לפיתוח חיישני גז עתידיים בעלי ביצועים גבוהים.
על איור.1a מציג את המודל הבסיסי של מנגנון חישת גז המבוסס על MOS יחיד.ככל שהטמפרטורה עולה, ספיחת מולקולות החמצן (O2) על פני השטח של MOS תמשוך אלקטרונים מה-MOS ויוצרים מינים אניונים (כגון O2- ו-O-).לאחר מכן, שכבת דלדול אלקטרונים (EDL) עבור MOS מסוג n או שכבת הצטברות חורים (HAL) עבור MOS מסוג p נוצרת אז על פני השטח של MOS 15, 23, 78. האינטראקציה בין O2 ל- MOS גורם לרצועת ההולכה של MOS פני השטח להתכופף כלפי מעלה וליצור מחסום פוטנציאלי.לאחר מכן, כאשר החיישן נחשף לגז המטרה, הגז שנספג על פני השטח של ה-MOS מגיב עם מיני חמצן יוניים, או מושך אלקטרונים (גז מחמצן) או תורם אלקטרונים (מפחית גז).העברת אלקטרונים בין גז המטרה ל-MOS יכולה להתאים את רוחב ה-EDL או HAL30,81 וכתוצאה מכך לשינוי בהתנגדות הכוללת של חיישן ה-MOS.לדוגמה, עבור גז מפחית, אלקטרונים יועברו מהגז המפחית ל-MOS מסוג n, וכתוצאה מכך EDL נמוך יותר והתנגדות נמוכה יותר, המכונה התנהגות חיישן מסוג n.לעומת זאת, כאשר MOS מסוג p נחשף לגז מפחית שקובע את התנהגות הרגישות מסוג p, ה-HAL מתכווץ וההתנגדות עולה עקב תרומת אלקטרונים.עבור גזים מחמצנים, תגובת החיישן הפוכה מזו להפחתת גזים.
מנגנוני זיהוי בסיסיים עבור MOS מסוג n וסוג p להפחתת וחמצון גזים b גורמי מפתח ומאפיינים פיזיקו-כימיים או חומריים המעורבים בחיישני גז מוליכים למחצה 89
מלבד מנגנון הגילוי הבסיסי, מנגנוני זיהוי הגז המשמשים בחיישני גז מעשיים מורכבים למדי.לדוגמה, השימוש בפועל בחיישן גז חייב לעמוד בדרישות רבות (כגון רגישות, סלקטיביות ויציבות) בהתאם לצרכי המשתמש.דרישות אלו קשורות קשר הדוק לתכונות הפיזיקליות והכימיות של החומר הרגיש.לדוגמה, Xu et al.71 הדגימו שחיישנים מבוססי SnO2 משיגים את הרגישות הגבוהה ביותר כאשר קוטר הגביש (d) שווה או פחות מפעמיים מאורך Debye (λD) של SnO271.כאשר d ≤ 2λD, SnO2 מתרוקן לחלוטין לאחר ספיחה של מולקולות O2, והתגובה של החיישן לגז המפחית היא מקסימלית.בנוסף, פרמטרים שונים אחרים יכולים להשפיע על ביצועי החיישן, לרבות טמפרטורת הפעלה, פגמי גביש ואפילו מישורי גביש חשופים של חומר החישה.בפרט, השפעת טמפרטורת הפעולה מוסברת על ידי התחרות האפשרית בין שיעורי הספיחה והספיחה של גז המטרה, כמו גם תגובתיות פני השטח בין מולקולות גז נספגות וחלקיקי חמצן4,82.ההשפעה של פגמי גבישים קשורה מאוד לתכולת מקומות החמצן הפנויים [83, 84].פעולת החיישן יכולה להיות מושפעת גם מתגובתיות שונה של פני קריסטל פתוחים67,85,86,87.מישורי גביש פתוחים עם צפיפות נמוכה יותר חושפים יותר קטיוני מתכת לא מתואמים עם אנרגיות גבוהות יותר, המעודדים ספיחה ותגובתיות של פני השטח88.טבלה 1 מפרטת מספר גורמים מרכזיים ומנגנוני התפיסה המשופרים הקשורים אליהם.לכן, על ידי התאמת פרמטרים חומרים אלה, ניתן לשפר את ביצועי הזיהוי, וחיוני לקבוע את גורמי המפתח המשפיעים על ביצועי החיישן.
Yamazoe89 ו-Shimanoe et al.68,71 ביצעו מספר מחקרים על המנגנון התיאורטי של תפיסת החיישן והציעו שלושה גורמי מפתח בלתי תלויים המשפיעים על ביצועי החיישן, במיוחד תפקוד קולטן, תפקוד מתמר ושימושיות (איור 1ב)..פונקציית הקולטן מתייחסת ליכולת של פני השטח של MOS ליצור אינטראקציה עם מולקולות גז.פונקציה זו קשורה קשר הדוק למאפיינים הכימיים של MOS וניתן לשפר אותה באופן משמעותי על ידי הכנסת מקבלי זרים (לדוגמה, NPs מתכת ו-MOS אחרים).פונקציית המתמר מתייחסת ליכולת להמיר את התגובה בין הגז למשטח ה-MOS לאות חשמלי הנשלט על ידי גבולות התבואה של ה-MOS.לפיכך, התפקוד החושי מושפע באופן משמעותי מגודל חלקיקי MOC וצפיפות של קולטנים זרים.Katoch et al.90 דיווחו כי הפחתת גודל הגרגירים של ננו-סיבי ZnO-SnO2 הביאה להיווצרות של מספר הטרוג'נקציות ולהגברת רגישות החיישן, בהתאם לפונקציונליות המתמר.Wang et al.91 השוו גדלי גרגרים שונים של Zn2GeO4 והדגימו עלייה של פי 6.5 ברגישות החיישנים לאחר הצגת גבולות גרגר.השירות הוא גורם ביצועי חיישן מרכזי נוסף המתאר את זמינות הגז למבנה ה-MOS הפנימי.אם מולקולות הגז אינן יכולות לחדור ולהגיב עם ה-MOS הפנימי, רגישות החיישן תופחת.התועלת קשורה קשר הדוק לעומק הדיפוזיה של גז מסוים, התלוי בגודל הנקבוביות של חומר החישה.סקאי וחב'.92 עיצב את הרגישות של החיישן לגזי פליטה ומצא שגם המשקל המולקולרי של הגז וגם רדיוס הנקבוביות של קרום החיישן משפיעים על רגישות החיישן בעומקי דיפוזיה שונים של גז בממברנת החיישן.הדיון לעיל מראה שניתן לפתח חיישני גז בעלי ביצועים גבוהים על ידי איזון ואופטימיזציה של תפקוד הקולטן, תפקוד המתמר והשימושיות.
העבודה לעיל מבהירה את מנגנון התפיסה הבסיסי של MOS יחיד ודנה במספר גורמים המשפיעים על הביצועים של MOS.בנוסף לגורמים אלו, חיישני גז המבוססים על מבנים הטרו-מבנים יכולים לשפר עוד יותר את ביצועי החיישנים על ידי שיפור משמעותי של תפקודי החיישן והקולטן.בנוסף, מבנים הטרונוניים יכולים לשפר עוד יותר את ביצועי החיישנים על ידי שיפור התגובות הקטליטיות, ויסות העברת המטען ויצירת אתרי ספיחה נוספים.עד כה, חיישני גז רבים המבוססים על מבנים הטרונוניים של MOS נחקרו כדי לדון במנגנונים לחישה משופרת95,96,97.מילר וחב'.55 סיכם מספר מנגנונים שצפויים לשפר את הרגישות של מבנים הטרונוניים, כולל תלויי פני שטח, תלויי ממשק ותלויי מבנה.ביניהם, מנגנון ההגברה תלוי הממשק מסובך מכדי לכסות את כל אינטראקציות הממשק בתיאוריה אחת, שכן ניתן להשתמש בחיישנים שונים המבוססים על חומרים בעלי מבנה הטרונוננו (לדוגמה, nn-heterojunction, pn-heterojunction, pp-heterojunction וכו'). .קשר שוטקי).בדרך כלל, חיישנים הטרונונומובנים מבוססי MOS כוללים תמיד שני מנגנוני חיישנים מתקדמים או יותר 98,99,100.ההשפעה הסינרגטית של מנגנוני ההגברה הללו יכולה לשפר את הקליטה והעיבוד של אותות חיישנים.לפיכך, הבנת מנגנון התפיסה של חיישנים המבוססים על חומרים הננו-מובנים הטרוגניים היא חיונית על מנת לסייע לחוקרים לפתח חיישני גז מלמטה למעלה בהתאם לצרכיהם.בנוסף, המבנה הגיאומטרי של המכשיר יכול להשפיע באופן משמעותי גם על רגישות החיישן 74, 75, 76. על מנת לנתח באופן שיטתי את התנהגות החיישן, יוצגו מנגנוני החישה של שלושה מבני מכשירים המבוססים על חומרים שונים בעלי מבנה הטרונוננו. ונדון להלן.
עם ההתפתחות המהירה של חיישני גז מבוססי MOS, הוצעו MOS שונים במבנה הטרו-ננו.העברת המטען בממשק ההטרו תלויה ברמות הפרמי השונות (Ef) של הרכיבים.בממשק ההטרו, אלקטרונים נעים מצד אחד עם Ef גדול יותר לצד השני עם Ef קטן יותר עד שרמות הפרמי שלהם מגיעות לשיווי משקל, וחורים, להיפך.ואז הנשאים בממשק ההטרו מתרוקנים ויוצרים שכבה מדולדלת.ברגע שהחיישן נחשף לגז המטרה, ריכוז נושא ה-MOS בעל המבנה ההטרונוננו משתנה, כמו גם גובה המחסום, ובכך משפר את אות הזיהוי.בנוסף, שיטות שונות לייצור מבנים הטרונוניים מובילות ליחסים שונים בין חומרים ואלקטרודות, מה שמוביל לגיאומטריות שונות של המכשיר ולמנגנוני חישה שונים.בסקירה זו, אנו מציעים שלושה מבני התקן גיאומטריים ודנים במנגנון החישה עבור כל מבנה.
למרות שהטרוג'נקציות ממלאות תפקיד חשוב מאוד בביצועי זיהוי גז, גיאומטריית המכשיר של החיישן כולו יכולה גם להשפיע באופן משמעותי על התנהגות הזיהוי, שכן מיקום ערוץ ההולכה של החיישן תלוי מאוד בגיאומטריית המכשיר.שלוש גיאומטריות טיפוסיות של התקני MOS הטרו-צומת נדונים כאן, כפי שמוצג באיור 2. בסוג הראשון, שני חיבורי MOS מחולקים באופן אקראי בין שתי אלקטרודות, והמיקום של הערוץ המוליך נקבע על ידי ה-MOS הראשי, השני הוא יצירת ננו-מבנים הטרוגניים מ-MOS שונים, בעוד שרק MOS אחד מחובר לאלקטרודה.האלקטרודה מחוברת, ואז הערוץ המוליך ממוקם בדרך כלל בתוך ה-MOS ומחובר ישירות לאלקטרודה.בסוג השלישי, שני חומרים מחוברים לשתי אלקטרודות בנפרד, ומובילים את המכשיר דרך הטרו-צומת שנוצר בין שני החומרים.
מקף בין תרכובות (למשל "SnO2-NiO") מציין ששני הרכיבים פשוט מעורבבים (סוג I).סימן "@" בין שני חיבורים (למשל "SnO2@NiO") מציין שחומר הפיגום (NiO) מעוטר ב-SnO2 עבור מבנה חיישן מסוג II.קו נטוי (למשל "NiO/SnO2") מציין עיצוב חיישן מסוג III.
עבור חיישני גז המבוססים על חומרים מרוכבים של MOS, שני אלמנטים של MOS מחולקים באופן אקראי בין האלקטרודות.שיטות ייצור רבות פותחו להכנת חומרים מרוכבים של MOS, כולל סול-ג'ל, משקעים משותפים, הידרותרמיים, ספינינג אלקטרו ושיטות ערבוב מכניות 98,102,103,104.לאחרונה, מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs), סוג של חומרים מובנים גבישיים נקבוביים המורכבים ממרכזי מתכת ומקשרים אורגניים, שימשו כתבניות לייצור חומרים מרוכבים MOS נקבוביים105,106,107,108.ראוי לציין שלמרות שאחוז החומרים המרוכבים של MOS זהה, מאפייני הרגישות יכולים להשתנות מאוד בעת שימוש בתהליכי ייצור שונים. ( Mo:Sn = 1:1.9) ומצא ששיטות ייצור שונות מובילות לרגישויות שונות.שאפושניק ואח'.110 דיווח כי התגובה של SnO2-TiO2 המשוקע יחד ל-H2 גזי שונה מזו של חומרים מעורבים מכנית, אפילו באותו יחס Sn/Ti.הבדל זה נובע מכיוון שהקשר בין גודל הגבישים MOP ו-MOP משתנה עם שיטות סינתזה שונות109,110.כאשר גודל הגרגר והצורה עקביים מבחינת צפיפות התורם וסוג המוליכים למחצה, התגובה צריכה להישאר זהה אם גיאומטריית המגע לא משתנה 110 .Staerz et al.111 דיווח כי מאפייני הזיהוי של ננו-סיבי SnO2-Cr2O3 core-sheet (CSN) ושל SnO2-Cr2O3 CSNs טחונים היו כמעט זהים, מה שמצביע על כך שהמורפולוגיה של הננו-סיביים אינה מציעה שום יתרון.
בנוסף לשיטות הייצור השונות, סוגי המוליכים למחצה של שני MOSFETs השונים משפיעים גם על רגישות החיישן.ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות בהתאם לשאלה אם שני ה-MOSFETs הם מאותו סוג של מוליכים למחצה (צומת nn או pp) או סוגים שונים (צומת pn).כאשר חיישני גז מבוססים על חומרים מרוכבים של MOS מאותו סוג, על ידי שינוי היחס המולארי של שני MOS, מאפיין תגובת הרגישות נשאר ללא שינוי, ורגישות החיישנים משתנה בהתאם למספר ה-nn- או pp-הטרוג'נקציות.כאשר רכיב אחד שולט ברכיב המרוכב (למשל 0.9 ZnO-0.1 SnO2 או 0.1 ZnO-0.9 SnO2), ערוץ ההולכה נקבע על ידי ה-MOS הדומיננטי, הנקרא ערוץ ההולכה ההומוג'נקציה 92.כאשר היחסים של שני המרכיבים ניתנים להשוואה, ההנחה היא שתעלת ההולכה נשלטת על ידי ההטרוג'נקשן98,102.Yamazoe et al.112,113 דיווחו כי אזור ההטרומגע של שני הרכיבים יכול לשפר מאוד את רגישות החיישן מכיוון שמחסום ההטרוג'נקציה שנוצר עקב פונקציות הפעולה השונות של הרכיבים יכול לשלוט ביעילות על ניידות הסחף של החיישן החשוף לאלקטרונים.גזי סביבה שונים 112,113.על איור.איור 3a מראה שחיישנים המבוססים על מבנים היררכיים סיביים SnO2-ZnO עם תכולת ZnO שונה (מ-0 עד 10 מול% Zn) יכולים לזהות אתנול באופן סלקטיבי.ביניהם, חיישן המבוסס על סיבי SnO2-ZnO (7 מול.% Zn) הראה את הרגישות הגבוהה ביותר עקב היווצרותם של מספר רב של הטרוג'נקציות והגדלת שטח הפנים הספציפי, מה שהגדיל את תפקוד הממיר ושיפר רגישות 90 עם זאת, עם עלייה נוספת בתכולת ה-ZnO ל-10 מול.%, חומר המיקרו-מבנה SnO2-ZnO יכול לעטוף אזורי הפעלת פני השטח ולהפחית את רגישות החיישן85.מגמה דומה נצפית גם עבור חיישנים המבוססים על NiO-NiFe2O4 pp מרוכבים הטרוג'וינטים עם יחסי Fe/Ni שונים (איור 3b)114.
תמונות SEM של סיבי SnO2-ZnO (7 מול.% Zn) ותגובת חיישן לגזים שונים בריכוז של 100 ppm ב-260 מעלות צלזיוס;54b תגובות של חיישנים המבוססות על חומרים מרוכבים NiO ו-NiO-NiFe2O4 טהורים ב-50 ppm של גזים שונים, 260 מעלות צלזיוס;114 (ג) תרשים סכמטי של מספר הצמתים בהרכב xSnO2-(1-x)Co3O4 ותגובות ההתנגדות והרגישות המתאימות של הרכב xSnO2-(1-x)Co3O4 לכל 10 ppm CO, אצטון, C6H6 ו-SO2 גז ב-350 מעלות צלזיוס על ידי שינוי היחס המולארי של Sn/Co 98
חומרי ה-pn-MOS מראים התנהגות רגישות שונה בהתאם ליחס האטומי של MOS115.באופן כללי, ההתנהגות החושית של חומרים מרוכבים של MOS תלויה מאוד באיזה MOS פועל כערוץ ההולכה העיקרי לחיישן.לכן, חשוב מאוד לאפיין את אחוז הרכב והננו-מבנה של חומרים מרוכבים.Kim et al.98 אישרו מסקנה זו על ידי סינתזה של סדרה של ננו-סיביים מרוכבים xSnO2 ± (1-x)Co3O4 על ידי ספינינג אלקטרו וחקר תכונות החיישנים שלהם.הם הבחינו שהתנהגות החיישן המרוכב SnO2-Co3O4 עברה מ-n-type ל-p-type על ידי הפחתת אחוז ה-SnO2 (איור 3c)98.בנוסף, חיישנים הנשלטים על ידי הטרו-צומת (מבוסס על 0.5 SnO2-0.5 Co3O4) הראו את קצבי השידור הגבוהים ביותר עבור C6H6 בהשוואה לחיישנים דומיננטיים בהומוג'נקציה (למשל חיישני SnO2 או Co3O4 גבוהים).ההתנגדות הגבוהה הטבועה של החיישן מבוסס 0.5 SnO2-0.5 Co3O4 ויכולתו הגדולה יותר לווסת את התנגדות החיישן הכוללת תורמים לרגישות הגבוהה ביותר שלו ל-C6H6.בנוסף, פגמים בחוסר התאמה של סריג שמקורם בממשקי הטרו-ממשק SnO2-Co3O4 יכולים ליצור אתרי ספיחה מועדפים עבור מולקולות גז, ובכך לשפר את תגובת החיישנים109,116.
בנוסף ל-MOS מסוג מוליכים למחצה, ניתן להתאים אישית את התנהגות המגע של חומרים מרוכבים של MOS באמצעות הכימיה של MOS-117.Huo et al.117 השתמשו בשיטת אפיית השרייה פשוטה להכנת חומרים מרוכבים Co3O4-SnO2 ומצאו שביחס מולרי Co/Sn של 10%, החיישן הציג תגובת זיהוי מסוג p ל-H2 ורגישות מסוג n ל H2.תְגוּבָה.תגובות החיישן לגזי CO, H2S ו-NH3 מוצגות באיור 4a117.ביחסי Co/Sn נמוכים, נוצרים חיבורים הומו-ג'נקציות רבים בגבולות הננו-גרעין SnO2±SnO2 ומציגים תגובות חיישן מסוג n ל-H2 (איורים 4b,c)115.עם עלייה ביחס Co/Sn עד 10 מול.%, במקום חיבורים הומו- SnO2-SnO2, נוצרו בו-זמנית הטרוג'נקציות רבות של Co3O4-SnO2 (איור 4ד).מכיוון ש-Co3O4 אינו פעיל ביחס ל-H2, ו-SnO2 מגיב חזק עם H2, התגובה של H2 עם מיני חמצן יוניים מתרחשת בעיקר על פני השטח של SnO2117.לכן, אלקטרונים עוברים ל-SnO2 ו-Ef SnO2 עובר לפס ההולכה, בעוד Ef Co3O4 נשאר ללא שינוי.כתוצאה מכך, ההתנגדות של החיישן עולה, מה שמעיד על כך שחומרים בעלי יחס Co/Sn גבוה מציגים התנהגות חישה מסוג p (איור 4ה).לעומת זאת, גזי CO, H2S ו-NH3 מגיבים עם מיני חמצן יוניים על משטחי SnO2 ו-Co3O4, ואלקטרונים נעים מהגז לחיישן, וכתוצאה מכך ירידה בגובה המחסום וברגישות מסוג n (איור 4f)..התנהגות חיישן שונה זו נובעת מתגובתיות שונה של Co3O4 עם גזים שונים, אשר אושרה עוד יותר על ידי Yin et al.118 .באופן דומה, Katoch et al.119 הוכיח כי לחומרים מרוכבים SnO2-ZnO יש סלקטיביות טובה ורגישות גבוהה ל-H2.התנהגות זו מתרחשת מכיוון שניתן לספוח בקלות אטומי H לעמדות O של ZnO עקב הכלאה חזקה בין ה-s-אורbital של H ו-p-orbital של O, מה שמוביל למתכת של ZnO120,121.
עקומות התנגדות דינמיות של Co/Sn-10% עבור גזים מפחיתים טיפוסיים כגון H2, CO, NH3 ו-H2S, b, c דיאגרמת מנגנון חישה מורכבת Co3O4/SnO2 עבור H2 ב-% m נמוך.Co/Sn, df Co3O4 זיהוי מנגנון של H2 ו-CO, H2S ו-NH3 עם קומפוזיט גבוה של Co/Sn/SnO2
לכן, נוכל לשפר את הרגישות של החיישן מסוג I על ידי בחירת שיטות ייצור מתאימות, הפחתת גודל הגרגירים של החומרים המרוכבים ואופטימיזציה של היחס המולארי של החומרים המרוכבים של MOS.בנוסף, הבנה מעמיקה של הכימיה של החומר הרגיש יכולה לשפר עוד יותר את הסלקטיביות של החיישן.
מבני חיישן מסוג II הם מבנה חיישן פופולרי נוסף שיכול להשתמש במגוון חומרים בעלי ננו-מבנה הטרוגניים, כולל ננו-חומר "מאסטר" אחד וננו-חומר שני או אפילו שלישי.לדוגמה, חומרים חד-ממדיים או דו-מימדיים המעוטרים בננו-חלקיקים, קליפת ליבה (CS) וחומרים הטרונונו-רב-שכבתיים משמשים בדרך כלל במבני חיישן מסוג II ויידונו בפירוט להלן.
עבור החומר ההטרונונוסטרוקטור הראשון (הטרונונוסטרוקטורה מעוטרת), כפי שמוצג באיור 2b(1), התעלות המוליכות של החיישן מחוברות על ידי חומר בסיס.בשל היווצרותם של הטרוג'נקציות, ננו-חלקיקים שעברו שינוי יכולים לספק אתרים תגובתיים יותר לספיחת או ספיחה של גז, ויכולים גם לשמש כזרזים לשיפור ביצועי החישה109,122,123,124.Yuan et al.41 ציינו כי עיטור ננו-חוטי WO3 בננו-נקודות של CeO2 יכול לספק יותר אתרי ספיחה בממשק ההטרו-ממשק CeO2@WO3 ובמשטח CeO2 וליצור יותר מיני חמצן נספגים כימי לתגובה עם אצטון.Gunawan et al.125. הוצע חיישן אצטון בעל רגישות גבוהה במיוחד המבוסס על Au@α-Fe2O3 חד מימדי ונצפה כי הרגישות של החיישן נשלטת על ידי הפעלת מולקולות O2 כמקור חמצן.נוכחותם של Au NPs יכולה לשמש כזרז המקדם את הניתוק של מולקולות חמצן לחמצן סריג לחמצון של אצטון.תוצאות דומות התקבלו על ידי Choi et al.9 שבו נעשה שימוש בזרז Pt לפירוק מולקולות חמצן נספגות למין חמצן מיונן ולשפר את התגובה הרגישה לאציטון.בשנת 2017, אותו צוות מחקר הוכיח שננו-חלקיקים דו-מתכתיים יעילים הרבה יותר בקטליזה מאשר ננו-חלקיקים בודדים של מתכת אצילה, כפי שמוצג באיור 5126. 5a הוא סכימה של תהליך הייצור של NPs דו-מתכתיים (PtM) מבוססי פלטינה תוך שימוש בתאי אפופריטין עם גודל ממוצע של פחות מ-3 ננומטר.לאחר מכן, באמצעות שיטת הספינינג האלקטרו, הושגו ננו-סיביים PtM@WO3 כדי להגביר את הרגישות והסלקטיביות לאצטון או H2S (איור 5b-g).לאחרונה, זרזים עם אטומים בודדים (SAC) הראו ביצועים קטליטיים מצוינים בתחום הקטליזה וניתוח גזים בשל היעילות המקסימלית של השימוש באטומים ובמבנים אלקטרוניים מכוונים127,128.שין ואח'.129 השתמשו ב-Pt-SA מעוגן פחמן ניטריד (MCN), SnCl2 ו-PVP ננו-sheets כמקורות כימיים להכנת סיבי Pt@MCN@SnO2 מוטבעים לזיהוי גז.למרות התכולה הנמוכה מאוד של Pt@MCN (מ-0.13% משקל ל-0.68%), ביצועי הזיהוי של פורמלדהיד גזי Pt@MCN@SnO2 עדיפים על דגימות ייחוס אחרות (SnO2 טהור, MCN@SnO2 ו-Pt NPs@ SnO2)..ניתן לייחס את ביצועי הזיהוי המצוינים הללו ליעילות האטומית המקסימלית של זרז Pt SA ולכיסוי המינימלי של אתרים פעילים SnO2129.
שיטת אנקפסולציה עמוסה באפופריטין להשגת ננו-חלקיקים של PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi);תכונות רגישות לגז דינמיות של ננו-סיבי WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3 ו-Pt-NiO@WO3;מבוסס, למשל, על תכונות הסלקטיביות של חיישני ננו-סיבי PtPd@WO3, PtRn@WO3 ו-Pt-NiO@WO3 עד 1 ppm של גז מפריע 126
בנוסף, הטרוג'נקציות הנוצרות בין חומרי פיגום לננו-חלקיקים יכולים גם לווסת ביעילות תעלות הולכה באמצעות מנגנון אפנון רדיאלי כדי לשפר את ביצועי החיישן130,131,132.על איור.איור 6a מציג את מאפייני החיישן של ננו-חוטי SnO2 ו- Cr2O3@SnO2 טהורים להפחתה וחמצון גזים ואת מנגנוני החיישנים המתאימים131.בהשוואה לננו-חוטי SnO2 טהורים, התגובה של ננו-חוטי Cr2O3@SnO2 להפחתת גזים מוגברת מאוד, בעוד שהתגובה לגזים מחמצנים מחמירה.תופעות אלו קשורות קשר הדוק להאטה המקומית של תעלות ההולכה של ננו-חוטי SnO2 בכיוון הרדיאלי של ההטרוג'נקציה pn שנוצרה.ניתן לכוונן את התנגדות החיישן בפשטות על ידי שינוי רוחב ה-EDL על פני השטח של ננו-חוטי SnO2 טהורים לאחר חשיפה לגזים מפחיתים ומחמצנים.עם זאת, עבור ננו-חוטי Cr2O3@SnO2, ה-DEL הראשוני של ננו-חוטי SnO2 באוויר גדל בהשוואה לננו-חוטי SnO2 טהורים, ותעלת ההולכה מדוכאת עקב היווצרות של הטרוג'נקשן.לכן, כאשר החיישן נחשף לגז מפחית, האלקטרונים הכלואים משתחררים לתוך ננו-חוטי SnO2 וה-EDL מופחת באופן דרסטי, וכתוצאה מכך רגישות גבוהה יותר מאשר ננו-חוטי SnO2 טהורים.לעומת זאת, בעת מעבר לגז מחמצן, הרחבת DEL מוגבלת, וכתוצאה מכך רגישות נמוכה.תוצאות תגובה חושית דומות נצפו על ידי Choi et al., 133, בהן ננו-חוטי SnO2 המעוטרים בננו-חלקיקי WO3 מסוג p הראו תגובה חושית משופרת משמעותית להפחתת גזים, בעוד שחיישני SnO2 מעוטרים ב-n היו בעלי רגישות משופרת לגזים מחמצנים.ננו-חלקיקי TiO2 (איור 6b) 133. תוצאה זו נובעת בעיקר מפונקציות העבודה השונות של ננו-חלקיקי SnO2 ו-MOS (TiO2 או WO3).בננו-חלקיקים מסוג p (סוג n), ערוץ ההולכה של חומר המסגרת (SnO2) מתרחב (או מתכווץ) בכיוון הרדיאלי, ולאחר מכן, תחת פעולת ההפחתה (או החמצון), התרחבות נוספת (או קיצור) של תעלת ההולכה של SnO2 - צלע) של הגז (איור 6b).
מנגנון אפנון רדיאלי המושרה על ידי LF MOS שונה.סיכום של תגובות גזים לגזים מפחיתים ומחמצנים של 10 ppm מבוסס על ננו-חוטי SnO2 ו- Cr2O3@SnO2 טהורים ותרשימים סכמטיים של מנגנון חישה תואם;ותכניות מתאימות של WO3@SnO2 nanorods ומנגנון זיהוי133
בהתקני הטרו-מבנה דו-שכבתיים ורב-שכבתיים, תעלת ההולכה של המכשיר נשלטת על ידי השכבה (בדרך כלל השכבה התחתונה) במגע ישיר עם האלקטרודות, וההטרוג'נקציה הנוצרת בממשק של שתי השכבות יכול לשלוט על מוליכות השכבה התחתונה. .לכן, כאשר גזים יוצרים אינטראקציה עם השכבה העליונה, הם יכולים להשפיע באופן משמעותי על תעלות ההולכה של השכבה התחתונה ועל ההתנגדות 134 של המכשיר.לדוגמה, Kumar et al.77 דיווחו על התנהגות הפוכה של שכבות TiO2@NiO ו-NiO@TiO2 כפולות עבור NH3.הבדל זה נובע מכיוון שתעלות ההולכה של שני החיישנים שולטים בשכבות של חומרים שונים (NiO ו-TiO2, בהתאמה), ואז הווריאציות בתעלות ההולכה הבסיסיות שונות77.
מבנים דו-שכבתיים או רב-שכבתיים מיוצרים בדרך כלל על ידי קיצוץ, שקיעת שכבה אטומית (ALD) וצנטריפוגה56,70,134,135,136.ניתן לשלוט היטב על עובי הסרט ואזור המגע של שני החומרים.איורים 7a ו-b מציגים ננו-פילמים של NiO@SnO2 ו-Ga2O3@WO3 המתקבלים על ידי קפיצה לזיהוי אתנול135,137.עם זאת, שיטות אלה מייצרות בדרך כלל סרטים שטוחים, וסרטים שטוחים אלה פחות רגישים מחומרים בעלי ננו-מבנה תלת-ממדיים בשל שטח הפנים הספציפי הנמוך שלהם וחדירות הגז שלהם.לכן, אסטרטגיית שלב נוזלי לייצור סרטים דו-שכבתיים עם היררכיות שונות הוצעה גם כדי לשפר את הביצועים התפיסתיים על ידי הגדלת שטח הפנים הספציפי41,52,138.Zhu et al139 שילבו טכניקות קפיצה והידרותרמיות כדי לייצר ננו-חוטי ZnO מסודרים מאוד על-גבי ננו-חוטי SnO2 (ננו-חוטי ZnO@SnO2) לזיהוי H2S (איור 7c).התגובה שלו ל-1 ppm H2S גבוהה פי 1.6 מזו של חיישן המבוסס על ננו-פילמים מסוג ZnO@SnO2.Liu et al.52 דיווח על חיישן H2S בעל ביצועים גבוהים תוך שימוש בשיטת שיקוע כימי דו-שלבי באתרו לייצור ננו-מבנים היררכיים של SnO2@NiO ואחריו חישול תרמי (איור 10ד).בהשוואה לסרטי דו-שכבה דו-שכבתיים קונבנציונליים מקרטעים SnO2@NiO, ביצועי הרגישות של המבנה הדו-שכבתי ההיררכי SnO2@NiO משופרים באופן משמעותי עקב הגידול בשטח הפנים הספציפי52,137.
חיישן גז שכבה כפולה מבוסס על MOS.ננופילם NiO@SnO2 לזיהוי אתנול;137b Ga2O3@WO3 ננופילם לזיהוי אתנול;135c מבנה היררכי דו-שכבתי SnO2@ZnO מסודר במיוחד לזיהוי H2S;מבנה היררכי דו-שכבתי 139d SnO2@NiO לזיהוי H2S52.
בהתקנים מסוג II המבוססים על מבני core-shell heteronanostructures (CSHNs), מנגנון החישה מורכב יותר, מאחר שתעלות ההולכה אינן מוגבלות למעטפת הפנימית.גם מסלול הייצור וגם העובי (hs) של החבילה יכולים לקבוע את מיקום התעלות המוליכות.לדוגמה, כאשר משתמשים בשיטות סינתזה מלמטה למעלה, ערוצי הולכה מוגבלים בדרך כלל לליבה הפנימית, הדומה במבנה למבני מכשיר דו-שכבתי או רב-שכבתי (איור 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. שו et al.144 דיווחו על גישה מלמטה למעלה להשגת CSHN NiO@α-Fe2O3 ו-CuO@α-Fe2O3 על ידי הפקדת שכבה של NiO או CuO NPs על ננורודות α-Fe2O3 שבהן ערוץ ההולכה הוגבל על ידי החלק המרכזי.(nanorods α-Fe2O3).Liu et al.142 גם הצליח להגביל את ערוץ ההולכה לחלק העיקרי של CSHN TiO2 @ Si על ידי הפקדת TiO2 על מערכים מוכנים של ננו-חוטי סיליקון.לכן, התנהגות החישה שלו (סוג p או סוג n) תלויה רק ​​בסוג המוליך למחצה של ננו-חוט הסיליקון.
עם זאת, רוב החיישנים המדווחים מבוססי CSHN (איור 2b(4)) יוצרו על ידי העברת אבקות של חומר ה-CS המסונתז על גבי שבבים.במקרה זה, נתיב ההולכה של החיישן מושפע מעובי הדיור (hs).הקבוצה של קים חקרה את ההשפעה של hs על ביצועי גילוי הגז והציעה מנגנון זיהוי אפשרי100,112,145,146,147,148. מאמינים כי שני גורמים תורמים למנגנון החישה של מבנה זה: (1) אפנון רדיאלי של ה-EDL של המעטפת ו-(2) אפקט מריחת השדה החשמלי (איור 8) 145. החוקרים הזכירו שתעלת ההולכה של הנשאים מוגבל בעיקר לשכבת המעטפת כאשר hs > λD של שכבת המעטפת145. מאמינים כי שני גורמים תורמים למנגנון החישה של מבנה זה: (1) אפנון רדיאלי של ה-EDL של המעטפת ו-(2) אפקט מריחת השדה החשמלי (איור 8) 145. החוקרים הזכירו שתעלת ההולכה של הנשאים מוגבל בעיקר לשכבת המעטפת כאשר hs > λD של שכבת המעטפת145. 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. מאמינים כי שני גורמים מעורבים במנגנון התפיסה של מבנה זה: (1) אפנון רדיאלי של ה-EDL של המעטפת ו-(2) השפעת טשטוש השדה החשמלי (איור 8) 145. החוקרים ציינו כי ערוץ ההולכה המוביל מוגבל בעיקר לקליפה כאשר hs > λD shells145.מאמינים כי שני גורמים תורמים למנגנון הגילוי של מבנה זה: (1) האפנון הרדיאלי של ה-DEL של המעטפת ו-(2) ההשפעה של מריחת שדה חשמלי (איור 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倳局限于倳 > λD145 时,载流子的数量主要局限于壳层. Исследователи отметили, что канал проводимости Исследователи отметили, что канал проводимости Когда hs > λD145 оболочки, количество носителелей оболочколичество носителедимости. החוקרים ציינו כי ערוץ ההולכה כאשר hs > λD145 של הקליפה, מספר הנשאים מוגבל בעיקר על ידי הקליפה.לכן, באפנון ההתנגדות של החיישן המבוסס על CSHN, שוררת האפנון הרדיאלי של החיפוי DEL (איור 8א).עם זאת, ב-hs ≤ λD של הקליפה, חלקיקי החמצן הנספגים על ידי הקליפה וההטרוצומת הנוצר בהטרוצומת CS מתרוקנים לחלוטין מאלקטרונים. לכן, תעלת ההולכה לא ממוקמת רק בתוך שכבת המעטפת אלא גם בחלקה בחלק הליבה, במיוחד כאשר hs < λD של שכבת המעטפת. לכן, תעלת ההולכה לא ממוקמת רק בתוך שכבת המעטפת אלא גם בחלקה בחלק הליבה, במיוחד כאשר hs < λD של שכבת המעטפת. נקודת הפתיחה של תכנית התקנות לא תקינה בטווח הארוך. לכן, ערוץ ההולכה ממוקם לא רק בתוך שכבת הקליפה, אלא גם בחלקו בחלק הליבה, במיוחד ב-hs < λD של שכבת הקליפה.因此,传导通道不仅位于壳层内部,而且部分位于芯部,尤其是当壳层层的 hs < λD 时. נקודת הפתיחה של תוכנית השירותים אינה ניתנת לביצועים, לא ותקנות בתנאים כלכליים, תנאים והגבלות. לכן, ערוץ ההולכה ממוקם לא רק בתוך הקליפה, אלא גם בחלקו בליבה, במיוחד ב-hs < λD של הקליפה.במקרה זה, גם מעטפת האלקטרון המדולדלת לחלוטין וגם שכבת הליבה המדולדלת חלקית עוזרות לווסת את ההתנגדות של ה-CSHN כולו, וכתוצאה מכך אפקט זנב של שדה חשמלי (איור 8b).כמה מחקרים אחרים השתמשו במושג שבר נפח EDL במקום בזנב שדה חשמלי כדי לנתח את השפעת hs100,148.בהתחשב בשתי התרומות הללו, האפנון הכולל של התנגדות CSHN מגיע לערכו הגדול ביותר כאשר hs דומה לנדן λD, כפי שמוצג באיור 8c.לכן, ה-hs האופטימלי עבור CSHN יכול להיות קרוב למעטפת λD, מה שעולה בקנה אחד עם תצפיות ניסוי99,144,145,146,149.מספר מחקרים הראו כי hs יכול להשפיע גם על הרגישות של חיישני pn-heterojunction מבוססי CSHN40,148.לי וחב'.148 ו-Bai et al.40 חקרו באופן שיטתי את ההשפעה של hs על הביצועים של חיישני Pn-heterojunction CSHN, כגון TiO2@CuO ו-ZnO@NiO, על ידי שינוי מחזור ALD החיפוי.כתוצאה מכך, ההתנהגות החושית השתנתה מ-p-type ל-n-type עם עלייה ב-hs40,148.התנהגות זו נובעת מהעובדה שבתחילה (עם מספר מצומצם של מחזורי ALD) ניתן להתייחס להטרו-מבנים כהטרונונו-מבנים שונה.לפיכך, ערוץ ההולכה מוגבל על ידי שכבת הליבה (MOSFET מסוג p), והחיישן מציג התנהגות זיהוי מסוג p.ככל שמספר מחזורי ה-ALD גדל, שכבת החיפוי (MOSFET מסוג n) הופכת מעין רציפה ופועלת כערוץ הולכה, וכתוצאה מכך רגישות מסוג n.התנהגות מעבר חושית דומה דווחה עבור pn מסועף heteronanostructures 150,151.ג'ואו ואחרים.150 חקרו את הרגישות של מבנים הטרונונו מסועפים Zn2SnO4@Mn3O4 על ידי שליטה בתוכן Zn2SnO4 על פני השטח של ננו-חוטי Mn3O4.כאשר נוצרו גרעיני Zn2SnO4 על פני השטח של Mn3O4, נצפתה רגישות מסוג p.עם עלייה נוספת בתכולת ה-Zn2SnO4, החיישן המבוסס על Zn2SnO4@Mn3O4 heteronanostructures מסועף עובר להתנהגות החיישן מסוג n.
מוצג תיאור רעיוני של מנגנון החיישנים הדו-פונקציונליים של ננו-חוטי CS.a אפנון התנגדות עקב אפנון רדיאלי של קליפות מדוללות אלקטרונים, ב השפעה שלילית של מריחה על אפנון התנגדות, ו-c אפנון התנגדות כולל של ננו-חוטי CS עקב שילוב של שתי ההשפעות 40
לסיכום, חיישנים מסוג II כוללים ננו-מבנים היררכיים רבים ושונים, וביצועי החיישנים תלויים מאוד בסידור הערוצים המוליכים.לכן, זה קריטי לשלוט במיקום של תעלת ההולכה של החיישן ולהשתמש במודל MOS הטרונונומי מתאים כדי ללמוד את מנגנון החישה המורחב של חיישני סוג II.
מבני חיישן מסוג III אינם נפוצים במיוחד, ותעלת ההולכה מבוססת על הטרוג'נקשן שנוצר בין שני מוליכים למחצה המחוברים לשתי אלקטרודות, בהתאמה.מבני מכשיר ייחודיים מתקבלים בדרך כלל באמצעות טכניקות מיקרו-עיבוד ומנגנוני החישה שלהם שונים מאוד משני מבני החיישנים הקודמים.עקומת ה-IV של חיישן מסוג III מציגה בדרך כלל מאפייני תיקון אופייניים עקב היווצרות הטרו-צומת48,152,153.ניתן לתאר את העקומה האופיינית I–V של הטרוצומת אידיאלי על ידי המנגנון התרמיוני של פליטת אלקטרונים על גובה מחסום ההטרוצומת152,154,155.
כאשר Va הוא מתח ההטיה, A הוא שטח המכשיר, k הוא קבוע בולצמן, T הוא הטמפרטורה המוחלטת, q הוא מטען המוביל, Jn ו-Jp הם צפיפות זרם הדיפוזיה של החור והאלקטרונים, בהתאמה.IS מייצג את זרם הרוויה ההפוכה, המוגדר כ: 152,154,155
לכן, הזרם הכולל של ההטרוצומת pn תלוי בשינוי בריכוז נושאי המטען ובשינוי בגובה המחסום של ההטרוצומת, כפי שמוצג במשוואות (3) ו-(4) 156
כאשר nn0 ו-pp0 הם ריכוז האלקטרונים (חורים) ב-MOS מסוג n (סוג p), \(V_{bi}^0\) הוא הפוטנציאל המובנה, Dp (Dn) הוא מקדם הדיפוזיה של אלקטרונים (חורים), Ln (Lp ) הוא אורך הדיפוזיה של אלקטרונים (חורים), ΔEv (ΔEc) הוא הסטת האנרגיה של פס הערכיות (פס ההולכה) בצומת ההטרו.למרות שצפיפות הזרם פרופורציונלית לצפיפות הנשא, היא פרופורציונלית אקספוננציאלית הפוך ל-\(V_{bi}^0\).לכן, השינוי הכולל בצפיפות הזרם תלוי מאוד באפנון הגובה של מחסום ההטרוג'נקציה.
כפי שהוזכר לעיל, יצירת MOSFETs במבנה הטרו-ננו (לדוגמה, התקנים מסוג I ו-type II) יכולה לשפר משמעותית את הביצועים של החיישן, ולא רכיבים בודדים.ולמכשירים מסוג III, התגובה ההטרונונובית יכולה להיות גבוהה משני רכיבים48,153 או גבוהה מרכיב אחד76, תלוי בהרכב הכימי של החומר.מספר דיווחים הראו כי התגובה של מבנים הטרונוניים גבוהה בהרבה מזו של רכיב בודד כאשר אחד המרכיבים אינו רגיש לגז המטרה48,75,76,153.במקרה זה, גז המטרה יקיים אינטראקציה רק ​​עם השכבה הרגישה ויגרום להסטה Ef של השכבה הרגישה ולשינוי בגובה מחסום ההטרוג'נקציה.אז הזרם הכולל של המכשיר ישתנה באופן משמעותי, שכן הוא עומד ביחס הפוך לגובה מחסום ההטרוג'נקציה לפי המשוואה.(3) ו-(4) 48,76,153.עם זאת, כאשר גם רכיבים מסוג n וגם מסוג p רגישים לגז המטרה, ביצועי הזיהוי יכולים להיות איפשהו באמצע.José וחב' 76 ייצרו חיישן NO2 נקבובי של סרט NiO/SnO2 על ידי קיצוץ וגילו שרגישות החיישן הייתה גבוהה רק מזו של החיישן מבוסס NiO, אך נמוכה מזו של החיישן מבוסס SnO2.חיישן.תופעה זו נובעת מהעובדה ש-SnO2 ו-NiO מציגים תגובות הפוכות ל-NO276.כמו כן, מכיוון שלשני הרכיבים יש רגישויות שונות לגזים, ייתכן שיש להם נטייה זהה לזהות גזים מחמצנים ומפחיתים.לדוגמה, Kwon et al.157 הציע חיישן גז NiO/SnO2 pn-heterojunction על ידי קיזור אלכסוני, כפי שמוצג באיור 9a.מעניין לציין שחיישן ה-NiO/SnO2 pn-heterojunction הראה את אותה מגמת רגישות עבור H2 ו-NO2 (איור 9a).כדי לפתור תוצאה זו, Kwon et al.157 חקרו באופן שיטתי כיצד NO2 ו-H2 משנים את ריכוזי הנשאים ומכוונים את \(V_{bi}^0\) של שני החומרים באמצעות מאפייני IV והדמיות מחשב (איור 9bd).איורים 9b ו-c מדגימים את היכולת של H2 ו-NO2 לשנות את צפיפות הנשא של חיישנים המבוססים על p-NiO (pp0) ו-n-SnO2 (nn0), בהתאמה.הם הראו ש-pp0 של NiO מסוג p השתנה מעט בסביבת NO2, בעוד שהוא השתנה באופן דרמטי בסביבת H2 (איור 9b).עם זאת, עבור SnO2 מסוג n, nn0 מתנהג בצורה הפוכה (איור 9c).בהתבסס על תוצאות אלה, המחברים הגיעו למסקנה שכאשר H2 הוחל על החיישן על בסיס ההטרוג'נקציה NiO/SnO2 pn, עלייה ב-nn0 הובילה לעלייה ב-Jn, ו-\(V_{bi}^0\) הובילה ל- ירידה בתגובה (איור 9ד).לאחר חשיפה ל-NO2, גם ירידה גדולה ב-nn0 ב-SnO2 וגם עליה קטנה ב-pp0 ב-NiO מובילים לירידה גדולה ב-\(V_{bi}^0\), מה שמבטיח עלייה בתגובה החושית (איור 9d) ) 157 לסיכום, שינויים בריכוז הנשאים ו-\(V_{bi}^0\) מביאים לשינויים בזרם הכולל, מה שמשפיע עוד יותר על יכולת הגילוי.
מנגנון החישה של חיישן הגז מבוסס על המבנה של מכשיר Type III.תמונות חתך רוחב במיקרוסקופ אלקטרוני (SEM), מכשיר ננו-סליל p-NiO/n-SnO2 ומאפייני החיישן של חיישן הטרו-ג'וינט p-NiO/n-SnO2 ב-200°C עבור H2 ו-NO2;b , SEM חתך של התקן c, ותוצאות סימולציה של מכשיר עם שכבת b-p-NiO ושכבת c n-SnO2.חיישן b p-NiO וחיישן c n-SnO2 מודדים ומתואמים את מאפייני ה-I–V באוויר יבש ולאחר חשיפה ל-H2 ו-NO2.מפה דו מימדית של צפיפות החורים b ב-p-NiO ומפה של אלקטרונים c בשכבת n-SnO2 עם סולם צבעים עוצבה באמצעות תוכנת Sentaurus TCAD.d תוצאות סימולציה המציגות מפה תלת מימדית של p-NiO/n-SnO2 באוויר יבש, H2 ו-NO2157 בסביבה.
בנוסף לתכונות הכימיות של החומר עצמו, מבנה המכשיר מסוג III מדגים את האפשרות ליצור חיישני גז בהפעלה עצמית, דבר שאינו אפשרי במכשירי Type I ו-Type II.בגלל השדה החשמלי המובנה שלהם (BEF), מבני דיודות הטרו-צומת pn משמשים בדרך כלל לבניית התקנים פוטו-וולטאיים ומציגים פוטנציאל לייצור חיישני גז פוטו-אלקטריים בעלי הפעלה עצמית בטמפרטורת החדר תחת תאורה74,158,159,160,161.BEF בממשק ההטרו, הנגרם מההבדל ברמות הפרמי של החומרים, תורם גם להפרדה של זוגות אלקטרונים-חורים.היתרון של חיישן גז פוטו-וולטאי המופעל בעצמו הוא צריכת החשמל הנמוכה שלו שכן הוא יכול לספוג את האנרגיה של האור המאיר ולאחר מכן לשלוט בעצמו או במכשירים מיניאטוריים אחרים ללא צורך במקור מתח חיצוני.לדוגמה, Tanuma ו-Sugiyama162 יצרו חיבורי NiO/ZnO pn כתאים סולאריים כדי להפעיל חיישני CO2 רב-גבישיים מבוססי SnO2.גד וחב'.74 דיווח על חיישן גז פוטו-וולטאי בהפעלה עצמית המבוסס על הטרוצומת Si/ZnO@CdS pn, כפי שמוצג באיור 10a.ננו-חוטי ZnO בעלי אוריינטציה אנכית גדלו ישירות על מצעי סיליקון מסוג p ליצירת חיבורי Si/ZnO pn.לאחר מכן, חלקיקי CdS שונו על פני השטח של ננו-חוטי ZnO על ידי שינוי משטח כימי.על איור.10a מציג תוצאות תגובת חיישן Si/ZnO@CdS במצב לא מקוון עבור O2 ואתנול.תחת תאורה, מתח המעגל הפתוח (Voc) עקב ההפרדה של זוגות אלקטרונים-חורים במהלך BEP בממשק ההטרו-ממשק Si/ZnO גדל באופן ליניארי עם מספר הדיודות המחוברות74,161.Voc יכול להיות מיוצג על ידי משוואה.(5) 156,
כאשר ND, NA ו-Ni הם ריכוזי התורמים, המקבלים והנשאים הפנימיים, בהתאמה, ו-k, T ו-q הם אותם פרמטרים כמו במשוואה הקודמת.כאשר הם נחשפים לגזים מחמצנים, הם מחלצים אלקטרונים מחוטי ZnO, מה שמוביל לירידה ב-\(N_D^{ZnO}\) וב-Voc.לעומת זאת, הפחתת הגז הביאה לעלייה ב-Voc (איור 10a).כאשר מקשטים את ZnO עם ננו-חלקיקי CdS, אלקטרונים נרגשים באור ננו-חלקיקי CdS מוזרקים לפס ההולכה של ZnO ומקיימים אינטראקציה עם הגז הנספג, ובכך מגדילים את יעילות התפיסה74,160.חיישן גז פוטו-וולטאי דומה המבוסס על Si/ZnO דווח על ידי Hoffmann et al.160, 161 (איור 10ב).ניתן להכין חיישן זה באמצעות שורה של ננו-חלקיקי ZnO המתפקדים באמינים ([3-(2-אמינואתילאמינו)פרופיל]טרימתוקסילאן) (מתפקדים באמינו-SAM) ותיאול ((3-מרקפטופרופיל) מתפקדים, כדי להתאים את פונקציית העבודה של גז המטרה לגילוי סלקטיבי של NO2 (trimethoxysilane) (תיול-פונקציונלי-SAM)) (איור 10b) 74,161.
חיישן גז פוטואלקטרי בהפעלה עצמית המבוסס על מבנה של מכשיר מסוג III.חיישן גז פוטו-וולטאי בהפעלה עצמית המבוסס על Si/ZnO@CdS, מנגנון חישה בהפעלה עצמית ותגובת חיישן לגזים מחומצנים (O2) ומופחתים (1000 ppm אתנול) תחת אור השמש;74b חיישן גז פוטו-וולטאי בהפעלה עצמית מבוסס על חיישני Si ZnO/ZnO ותגובות חיישנים לגזים שונים לאחר פונקציונליזציה של ZnO SAM עם אמינים סופיים ותיולים 161
לכן, כאשר דנים במנגנון הרגיש של חיישנים מסוג III, חשוב לקבוע את השינוי בגובה מחסום ההטרוג'נקציה ואת יכולת הגז להשפיע על ריכוז הנשא.בנוסף, תאורה יכולה ליצור נשאים שנוצרים בפוטו המגיבים עם גזים, מה שמבטיח לזיהוי גז בכוח עצמי.
כפי שנדון בסקירת ספרות זו, נוצרו מבנים רבים ושונים של MOS כדי לשפר את ביצועי החיישן.במסד הנתונים של Web of Science בוצע חיפוש אחר מילות מפתח שונות (תחמוצת מתכת מרוכבת, תחמוצות מתכת ליבה-מעטה, תחמוצות מתכת שכבות ומנתחי גז בכוח עצמי) וכן מאפיינים ייחודיים (שפע, רגישות/סלקטיביות, פוטנציאל ייצור חשמל, ייצור) .שיטה המאפיינים של שלושה משלושת המכשירים הללו מוצגים בטבלה 2. תפיסת התכנון הכוללת של חיישני גז בעלי ביצועים גבוהים נידונה על ידי ניתוח שלושת גורמי המפתח המוצעים על ידי Yamazoe.מנגנונים עבור חיישני מבנה הטרו של MOS כדי להבין את הגורמים המשפיעים על חיישני גז, פרמטרים שונים של MOS (למשל, גודל גרגר, טמפרטורת הפעלה, פגם וצפיפות ריק בחמצן, מישורי גביש פתוחים) נחקרו בקפידה.מבנה ההתקן, שהוא קריטי גם להתנהגות החישה של החיישן, הוזנח ולעיתים רחוקות נדון.סקירה זו דנה במנגנונים הבסיסיים לזיהוי שלושה סוגים אופייניים של מבנה מכשיר.
מבנה גודל הגרגר, שיטת הייצור ומספר ההטרוג'נקציות של חומר החישה בחיישן מסוג I יכולים להשפיע מאוד על רגישות החיישן.בנוסף, התנהגות החיישן מושפעת גם מהיחס המולארי של הרכיבים.מבני מכשיר מסוג II (הטרונונו-מבנים דקורטיביים, סרטים דו-שכבתיים או רב-שכבתיים, HSSNs) הם מבני ההתקן הפופולריים ביותר המורכבים משני רכיבים או יותר, ורק רכיב אחד מחובר לאלקטרודה.עבור מבנה מכשיר זה, קביעת מיקום תעלות ההולכה והשינויים היחסיים שלהם היא קריטית בחקר מנגנון התפיסה.מכיוון שמכשירים מסוג II כוללים מבנים הטרונונוניים היררכיים רבים ושונים, הוצעו מנגנוני חישה רבים ושונים.במבנה חושי מסוג III, תעלת ההולכה נשלטת על ידי הטרוג'נקשן הנוצר בהטרוג'נקשן, ומנגנון התפיסה שונה לחלוטין.לכן, חשוב לקבוע את השינוי בגובה מחסום ההטרוג'נקציה לאחר חשיפת גז המטרה לחיישן מסוג III.עם עיצוב זה, ניתן ליצור חיישני גז פוטו-וולטאיים המופעלים על-ידי הכוח להפחתת צריכת החשמל.עם זאת, מכיוון שתהליך הייצור הנוכחי הוא מסובך למדי והרגישות נמוכה בהרבה מחיישני גז כימו-עמידים מבוססי MOS מסורתיים, יש עדיין התקדמות רבה במחקר של חיישני גז בעלי הפעלה עצמית.
היתרונות העיקריים של חיישני MOS גז עם מבנים הטרונוניים היררכיים הם המהירות והרגישות הגבוהה יותר.עם זאת, כמה בעיות מפתח של חיישני גז MOS (למשל, טמפרטורת הפעלה גבוהה, יציבות ארוכת טווח, סלקטיביות ושחזור גרועים, השפעות לחות וכו') עדיין קיימות וצריך לטפל בהן לפני שניתן יהיה להשתמש בהן ביישומים מעשיים.חיישני גז מודרניים של MOS פועלים בדרך כלל בטמפרטורות גבוהות וצורכים הרבה חשמל, מה שמשפיע על היציבות ארוכת הטווח של החיישן.ישנן שתי גישות נפוצות לפתרון בעיה זו: (1) פיתוח שבבי חיישן בהספק נמוך;(2) פיתוח חומרים רגישים חדשים שיכולים לפעול בטמפרטורה נמוכה או אפילו בטמפרטורת החדר.גישה אחת לפיתוח שבבי חיישנים בעלי הספק נמוך היא למזער את גודל החיישן על ידי ייצור לוחות חימום מיקרו המבוססים על קרמיקה וסיליקון163.פלטות מיקרו חימום מבוססות קרמיקה צורכות כ-50-70 mV לכל חיישן, בעוד שצלחות מיקרו חימום אופטימליות מבוססות סיליקון יכולות לצרוך עד 2 mW לכל חיישן כאשר הן פועלות ברציפות ב-300°C163,164.פיתוח חומרי חישה חדשים הוא דרך יעילה להפחתת צריכת החשמל על ידי הורדת טמפרטורת הפעולה, ויכולה גם לשפר את יציבות החיישן.ככל שגודל ה-MOS ממשיך להצטמצם כדי להגביר את הרגישות של החיישן, היציבות התרמית של ה-MOS הופכת לאתגר יותר, מה שעלול להוביל לסחיפה באות החיישן165.בנוסף, טמפרטורה גבוהה מקדמת דיפוזיה של חומרים בממשק ההטרו והיווצרות שלבים מעורבים, מה שמשפיע על התכונות האלקטרוניות של החיישן.החוקרים מדווחים כי ניתן להפחית את טמפרטורת הפעולה האופטימלית של החיישן על ידי בחירת חומרי חישה מתאימים ופיתוח מבנים הטרונוניים של MOS.החיפוש אחר שיטה בטמפרטורה נמוכה לייצור הטרונונו-מבנים גבישיים ביותר של MOS היא גישה מבטיחה נוספת לשיפור היציבות.
הסלקטיביות של חיישני MOS היא סוגיה מעשית נוספת שכן גזים שונים מתקיימים יחד עם גז המטרה, בעוד שחיישני MOS רגישים לרוב ליותר מגז אחד ולעיתים קרובות מציגים רגישות צולבת.לכן, הגדלת הסלקטיביות של החיישן לגז המטרה כמו גם לגזים אחרים היא קריטית ליישומים מעשיים.במהלך העשורים האחרונים, הבחירה טופלה בחלקה על ידי בניית מערכים של חיישני גז הנקראים "אף אלקטרוני (E-nose)" בשילוב עם אלגוריתמים של ניתוח חישובי כגון אימון וקטור קוונטיזציה (LVQ), ניתוח רכיבים עיקריים (PCA), וכו' ה.בעיות מיניות.ריבועים קטנים חלקיים (PLS) וכו' 31, 32, 33, 34. שני גורמים עיקריים (מספר החיישנים, הקשורים קשר הדוק לסוג חומר החישה, וניתוח חישובי) הם קריטיים לשיפור היכולת של אפים אלקטרוניים לזיהוי גזים169.עם זאת, הגדלת מספר החיישנים דורשת בדרך כלל תהליכי ייצור רבים ומורכבים, ולכן חיוני למצוא שיטה פשוטה לשיפור הביצועים של אפים אלקטרוניים.בנוסף, שינוי ה-MOS עם חומרים אחרים יכול גם להגביר את הסלקטיביות של החיישן.לדוגמה, ניתן להשיג זיהוי סלקטיבי של H2 עקב הפעילות הקטליטית הטובה של MOS ששונתה עם NP Pd.בשנים האחרונות, כמה חוקרים ציפו את משטח MOS MOF כדי לשפר את סלקטיביות החיישנים באמצעות אי הכללת גודל171,172.בהשראת עבודה זו, פונקציונליזציה של החומר עשויה לפתור איכשהו את בעיית הסלקטיביות.עם זאת, יש עוד הרבה עבודה לעשות בבחירת החומר הנכון.
יכולת החזרה של המאפיינים של חיישנים המיוצרים באותם תנאים ושיטות היא דרישה חשובה נוספת לייצור בקנה מידה גדול ויישומים מעשיים.בדרך כלל, שיטות צנטריפוגה וטבילה הן שיטות בעלות נמוכה לייצור חיישני גז בתפוקה גבוהה.עם זאת, במהלך תהליכים אלו, החומר הרגיש נוטה להצטבר והקשר בין החומר הרגיש למצע נחלש68, 138, 168. כתוצאה מכך, הרגישות והיציבות של החיישן מתדרדרות באופן משמעותי, והביצועים הופכים לניתנים לשחזור.שיטות ייצור אחרות כגון קיצוץ, ALD, שקיעת לייזר דופקת (PLD) ותצהיר אדים פיזית (PVD) מאפשרות ייצור של סרטי MOS דו-שכבתיים או רב-שכבתיים ישירות על מצעי סיליקון או אלומינה.טכניקות אלו נמנעות מהצטברות של חומרים רגישים, מבטיחות שחזור חיישנים ומדגימות היתכנות של ייצור בקנה מידה גדול של חיישני סרט דק מישוריים.עם זאת, הרגישות של סרטים שטוחים אלה היא בדרך כלל נמוכה בהרבה מזו של חומרים בעלי ננו-מבנה תלת-ממדיים בשל שטח הפנים הספציפי הקטן שלהם וחדירותו הנמוכה של גז41,174.אסטרטגיות חדשות לגידול מבנים הטרונוניים של MOS במיקומים ספציפיים על מערכים מובנים ושליטה מדויקת בגודל, עובי ומורפולוגיה של חומרים רגישים הם קריטיים לייצור בעלות נמוכה של חיישנים ברמת רקיק עם יכולת שחזור ורגישות גבוהה.לדוגמה, Liu et al.174 הציע אסטרטגיה משולבת מלמעלה למטה ולמטה למעלה לייצור גבישים בעלי תפוקה גבוהה על ידי גידול ננו-דומות Ni(OH)2 באתרו במקומות ספציפיים..ופלים למיקרו מבערים.
בנוסף, חשוב לקחת בחשבון גם את השפעת הלחות על החיישן ביישומים מעשיים.מולקולות מים יכולות להתחרות עם מולקולות חמצן על אתרי ספיחה בחומרי חיישן ולהשפיע על אחריות החיישן על גז המטרה.כמו חמצן, מים פועלים כמולקולה באמצעות ספיגה פיזיקלית, ויכולים להתקיים גם בצורה של רדיקלים הידרוקסילים או קבוצות הידרוקסיל במגוון תחנות חמצון באמצעות כימיסורפציה.בנוסף, בשל הרמה הגבוהה והלחות המשתנה של הסביבה, תגובה אמינה של החיישן לגז המטרה מהווה בעיה גדולה.פותחו מספר אסטרטגיות לטיפול בבעיה זו, כגון ריכוז גז מראש177, פיצוי לחות ושיטות סריג צולבות תגובה178, כמו גם שיטות ייבוש179,180.עם זאת, שיטות אלו יקרות, מורכבות ומפחיתות את רגישות החיישן.הוצעו כמה אסטרטגיות זולות כדי לדכא את השפעות הלחות.לדוגמה, קישוט SnO2 עם ננו-חלקיקי Pd יכול לקדם את ההמרה של חמצן נספג לחלקיקים אניונים, תוך פונקציונליזציה של SnO2 עם חומרים בעלי זיקה גבוהה למולקולות מים, כגון NiO ו- CuO, הן שתי דרכים למנוע תלות בלחות במולקולות מים..חיישנים 181, 182, 183. בנוסף, ניתן להפחית את השפעת הלחות על ידי שימוש בחומרים הידרופוביים ליצירת משטחים הידרופוביים36,138,184,185.עם זאת, הפיתוח של חיישני גז עמידים ללחות נמצא עדיין בשלב מוקדם, ונדרשות אסטרטגיות מתקדמות יותר לטיפול בבעיות אלו.
לסיכום, שיפורים בביצועי הזיהוי (למשל, רגישות, סלקטיביות, טמפרטורת הפעלה אופטימלית נמוכה) הושגו על ידי יצירת מבנים הטרונונוניים של MOS, ומנגנוני זיהוי משופרים שונים הוצעו.כאשר לומדים את מנגנון החישה של חיישן מסוים, יש לקחת בחשבון גם את המבנה הגיאומטרי של המכשיר.יידרש מחקר על חומרי חישה חדשים ומחקר על אסטרטגיות ייצור מתקדמות כדי לשפר עוד יותר את הביצועים של חיישני גז ולטפל באתגרים הנותרים בעתיד.עבור כוונון מבוקר של מאפייני החיישן, יש צורך לבנות באופן שיטתי את הקשר בין השיטה הסינתטית של חומרי חיישן לבין הפונקציה של מבנים הטרונוניים.בנוסף, חקר תגובות פני השטח ושינויים בממשקי הטרו תוך שימוש בשיטות אפיון מודרניות יכול לעזור להבהיר את מנגנוני התפיסה שלהם ולספק המלצות לפיתוח חיישנים המבוססים על חומרים בעלי מבנה הטרונוני.לבסוף, המחקר של אסטרטגיות ייצור חיישנים מודרניות עשוי לאפשר ייצור של חיישני גז מיניאטוריים ברמת רקיק ליישומים התעשייתיים שלהם.
Genzel, NN et al.מחקר אורך של רמות חנקן דו חמצני בתוך הבית ותסמינים נשימתיים בילדים עם אסתמה באזורים עירוניים.שְׁכוּנָה.פרספקטיבה בריאותית.116, 1428–1432 (2008).


זמן פרסום: נובמבר-04-2022