基于金属氧化物半导体的柔性室温气体传感器的最新进展

文献题目

Recent Progress on Flexible Room Temperature Gas Sensors Based on Metal Oxide Semiconductor

文献信息

期刊：Nano-Micro Letters

影响因子：IF 23.655

发表日期：2022-10-21

DOI：10.1007/s40820-022-00956-9

单位：State Key Laboratory of ASIC and System, Shanghai Institute of Intelligent Electronics &Systems, School of Microelectronics, Fudan University

亮点

Latest progress on fexible room temperature (FRT) gas sensor based on metal oxide semiconductors (MOS) is comprehensively reviewed.

FRT gas sensor based on pristine MOS and MOS modifed with noble metal nanoparticles, organic polymers, carbon based materials and transition metal dichalcogenide materials are meticulously reviewed.

The gas sensing mechanism of MOS chemiresistive gas sensors are introduced and the applications, future perspectives, and chal lenges of FRT gas sensors are also proposed

文献内容

本文系统总结和分析基于原始MOS、贵金属纳米颗粒修饰MOS、有机聚合物修饰MOS，碳基材料修饰MOS和TMDCs材料修饰MOS的FRT MOS基气体传感器的传感机制和最新进展。此外，还进一步讨论了光照对提高气体传感性能的影响。本文还总结了FRT气体传感器的应用现状。

贵金属纳米粒子改性MOS FRT气体传感器

由于化学敏化和电子敏化的协同效应，用贵金属修饰也是增强响应和选择性的一种优越方案。贵金属改性通常能有效地产生更多的缺陷，增加活性位点的数量，提供更多的氧物种，并降低气体分子和吸附的氧之间的反应活化能，从而加速氧吸附和解吸之间的动态平衡。此外，一些贵金属对某些气体的检测具有特异性，这有利于RT操作。例如，由于独特的断开结效应，Pd改性MOS传感器对H2的响应特别大，而Rh改性MOS传感器对NH3的响应很高。除此之外，贵金属纳米颗粒的小尺寸不会影响传感材料的机械柔韧性。所有这些功能都有助于增强基于MOS的气体传感器的FRT气体传感性能。

有机聚合物改性MOS FRT气体传感器

目前，0D纳米颗粒、1D纳米纤维和二维PANI纳米片已用于制备NH3和TEA的高性能FRT气体传感器。其中，附着在MOS上的0D PANI纳米颗粒表现出优异的催化改性。1D PANI纳米纤维通常具有更好的RT传感性能，因为其具有更好的电导率和更高的表面体积比。2D PANI纳米片表现出优异的机械稳定性，在弯曲条件下没有降解。此外，PANI改性的MOS传感材料表现出极好的耐湿性，因为PANI的ES到EB转变过程在高湿度环境中加速，扩大了其应用范围。

碳基材料改性MOS FRT气体传感器

碳基材料具有高导电性、大表面积和丰富的吸附位点，有利于促进电子转移和氧气吸附/解吸。此外，碳基材料和MOS之间形成的异质结有助于快速调节电阻和降低工作温度。此外，1D CNT和2D石墨烯衍生物都由碳原子的蜂窝状晶格网络组成，这些碳原子在弯曲时仍能抵抗断裂。此外，碳基材料提供了更多的导电通道，允许碳基材料修饰的MOS传感器在弯曲测试后保持响应。RGO纳米片在构建优异的多元复合材料基质方面的潜力也得到了阐述。RGO、MOS和三级材料（如贵金属和PANI）的协同效应赋予了实现令人难以置信的气体传感性能。总之，与原始MOS相比，具有碳纳米材料的MOS纳米复合材料具有更短的响应/恢复时间、更低的操作温度、更好的机械灵活性和更低的检测极限，尽管这些纳米复合材料获得的响应值增加可能不太明显。

光照改性的MOS FRT气体传感器

光活化可有效降低操作温度，并为实现FRT MOS气体传感器提供了独特的方式。光活化的机理是基于光电效应产生的光生电子-空穴对的活化。特定的制备工艺可以减少MOS材料的带隙，这将光吸收从UV区域转移到可见区域。紫外线和可见光照射都可以有效降低操作温度，提高响应值，并加快响应/恢复过程，这是除了材料设计之外实现RT操作的另一个视角。

转自：“科研一席话”微信公众号

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