半导体金属氧化物是一种常见的气体感应材料,当前国内外领域内使用这种类型的材料作为敏感材料来设计具有不同传感原理的气体传感器。然而,这种气体传感器有着明显的缺点,即选择性和灵敏度较差。为了解决该问题,通常将气敏材料和Zeolite结合以制备金属氧化物/沸石气体传感器,并且使用沸石独特的物理和化学性质来改善金属氧化物的气敏性质。
目前,用于气体检测的常用方法包括色谱法,红外光谱法,电化学分析法和传感器技术分析法等。基于成本和便利性等因素,传感器技术已被广泛使用。根据检测原理,气体传感器可分为半导体传感器、电化学传感器、石英振荡传感器、光纤传感器、热导率传感器、表面声波传感器等,其中金属氧化物是常用的气体传感材料之一。但是,这种材料具有诸如灵敏度低和选择性差的缺点。因此,研究人员围绕改善传感器的选择性和灵敏度的一系列问题进行了许多研究。常用的方法是:向气体敏感材料中添加催化剂和添加剂(贵金属),控制气体敏感传感器的工作温度,使用气体过滤膜,形成异质结以及使用传感器阵列。在上述方法中,使用沸石来改善传感器性能是一种低成本且有效的方法。
沸石骨架中存在大量的极性点,这些极性点容易被极性气体分子吸附,从而导致沸石及其复合材料的电学特性发生变化,进而提高了传感器的气体敏感性。沸石和其化合物在吸附气体后会产生光学特性的变化,其原理是基于沸石的光学性质来测量气体。
简而言之,传统的半导体金属氧化物气体传感器的气体敏感性具有一定的缺点,因此国内外诸多研究团队围绕提高传感器的选择性和灵敏度进行了大量研究。其中,与沸石复合是一种常见且低成本的改进方法。将沸石独特的物理和化学特性与不同的混合方法结合使用,可以提高原始敏感材料的选择性和灵敏度。另外,为了降低传感器的工作温度及其自身的抵抗力,可以尝试调整沸石的混合量,设计新的传感器结构并构造额外的沸石功能层,并使用不同的检测原理,例如微波测量和电化学测试方法。为了减少积碳,可以设计传感器的气体输入结构,可以改变纳米沸石的使用频率、流量和工作温度。