Өндөр хүчин чадалтай, зөөврийн болон жижигрүүлсэн хий мэдрэгчийг хөгжүүлэх нь байгаль орчны хяналт, аюулгүй байдал, эмнэлгийн оношлогоо, хөдөө аж ахуйн салбарт улам бүр анхаарал хандуулж байна.Янз бүрийн илрүүлэх хэрэгслүүдийн дотроос металл-оксид-хагас дамжуулагч (MOS) химийн эсэргүүцэлтэй хийн мэдрэгч нь өндөр тогтвортой байдал, хямд өртөг, өндөр мэдрэмжтэй тул арилжааны хэрэглээнд хамгийн түгээмэл сонголт юм.Мэдрэгчийн ажиллагааг цаашид сайжруулах хамгийн чухал арга замуудын нэг бол MOS наноматериалуудаас нано хэмжээст MOS-д суурилсан гетерогцолц (гетеро нано бүтэцтэй MOS) үүсгэх явдал юм.Гэсэн хэдий ч гетеронанобүтэцтэй MOS мэдрэгчийн мэдрэх механизм нь нэлээн төвөгтэй тул нэг MOS хийн мэдрэгчээс ялгаатай.Мэдрэгчийн гүйцэтгэлд мэдрэмтгий материалын физик, химийн шинж чанар (мөхлөгийн хэмжээ, согогийн нягт, материалын хүчилтөрөгчийн сул орон зай гэх мэт), үйл ажиллагааны температур, төхөөрөмжийн бүтэц зэрэг янз бүрийн үзүүлэлтүүд нөлөөлдөг.Энэхүү тойм нь нэг төрлийн бус нано бүтэцтэй MOS мэдрэгчийг мэдрэх механизмд дүн шинжилгээ хийх замаар өндөр хүчин чадалтай хийн мэдрэгчийг зохион бүтээх хэд хэдэн ойлголтыг танилцуулж байна.Нэмж дурдахад мэдрэмтгий материал ба ажлын электродын хоорондын хамаарлаар тодорхойлогддог төхөөрөмжийн геометрийн бүтцийн нөлөөллийг авч үздэг.Мэдрэгчийн үйл ажиллагааг системтэйгээр судлахын тулд энэ нийтлэлд янз бүрийн гетеронано бүтэцтэй материал дээр суурилсан төхөөрөмжүүдийн гурван ердийн геометрийн бүтцийг ойлгох ерөнхий механизмыг танилцуулж, авч үзэх болно.Энэхүү тойм нь хийн мэдрэгчийн мэдрэмтгий механизмыг судалж, өндөр үзүүлэлттэй хийн мэдрэгч боловсруулах ирээдүйн уншигчдад зориулсан гарын авлага болно.
Агаарын бохирдол нь хүн төрөлхтний сайн сайхан байдалд заналхийлж буй дэлхийн байгаль орчны ноцтой асуудал бөгөөд улам бүр ноцтой асуудал болоод байна.Хийн бохирдуулагч бодисоор амьсгалах нь амьсгалын замын өвчин, уушгины хорт хавдар, цусны хорт хавдар, тэр ч байтугай эрт нас барах зэрэг эрүүл мэндийн олон асуудал үүсгэдэг1,2,3,4.2012-2016 онд агаарын бохирдлоос болж олон сая хүн нас барж, жил бүр олон тэрбум хүн агаарын чанар мууд өртөж байна5.Иймд бодит цагийн санал хүсэлт, өндөр илрүүлэх гүйцэтгэл (жишээ нь: мэдрэмж, сонгомол байдал, тогтвортой байдал, хариу үйлдэл болон нөхөн сэргээх хугацаа) өгөх боломжтой зөөврийн болон жижигрүүлсэн хий мэдрэгчийг хөгжүүлэх нь чухал юм.Байгаль орчны хяналтаас гадна хийн мэдрэгч нь аюулгүй байдал6,7,8, эмнэлгийн оношлогоо9,10, загасны аж ахуй11 болон бусад салбарт12 чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Өнөөдрийг хүртэл янз бүрийн мэдрэхүйн механизмд суурилсан зөөврийн хийн мэдрэгчүүд, оптик13,14,15,16,17,18, цахилгаан химийн19,20,21,22, химийн эсэргүүцэлтэй мэдрэгч23,24 зэрэг хэд хэдэн мэдрэгчийг нэвтрүүлсэн.Тэдгээрийн дотроос металл-оксид-хагас дамжуулагч (MOS) химийн эсэргүүцэл мэдрэгч нь өндөр тогтвортой байдал, хямд өртөгтэй тул арилжааны хэрэглээнд хамгийн түгээмэл байдаг25,26.Бохирдуулагчийн концентрацийг MOS эсэргүүцлийн өөрчлөлтийг илрүүлэх замаар л тодорхойлж болно.1960-аад оны эхээр ZnO нимгэн хальсан дээр суурилсан химийн эсэргүүцэлтэй хийн мэдрэгчийг анхлан мэдээлсэн нь хий илрүүлэх салбарт ихээхэн сонирхлыг төрүүлэв27,28.Өнөөдөр олон төрлийн MOS-ийг хий мэдрэмтгий материал болгон ашиглаж байгаа бөгөөд тэдгээрийг физик шинж чанараар нь хоёр ангилалд хувааж болно: ихэнх цэнэг зөөгч нь электронтой n-төрлийн MOS, ихэнх цэнэгийн тээвэрлэгч нь нүхтэй p-төрлийн MOS.цэнэглэгч тээвэрлэгчид.Ерөнхийдөө p төрлийн MOS нь n төрлийн MOS-ээс бага түгээмэл байдаг, учир нь p төрлийн MOS (Sp)-ийн индуктив хариу нь n төрлийн MOS-ийн квадрат язгууртай пропорциональ байдаг (\(S_p = \sqrt {). S_n}\ ) ) ижил таамаглалаар (жишээлбэл, ижил морфологийн бүтэц, агаар дахь туузны гулзайлтын ижил өөрчлөлт) 29,30.Гэсэн хэдий ч нэг суурьтай MOS мэдрэгчүүд нь илрүүлэх хязгаар хангалтгүй, мэдрэмж багатай, практик хэрэглээнд сонгомол чанар зэрэг асуудалтай тулгарсаар байна.Мэдрэгчийн массив ("цахим хамар" гэж нэрлэдэг) үүсгэж, сургалтын векторын квантчлал (LVQ), үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шинжилгээ (PCA), хэсэгчилсэн хамгийн бага квадратын (PLS) шинжилгээ31 зэрэг тооцооллын шинжилгээний алгоритмуудыг нэгтгэснээр сонгомол байдлын асуудлыг тодорхой хэмжээгээр шийдэж болно. 32, 33, 34, 35. Үүнээс гадна бага хэмжээст MOS32,36,37,38,39 (жишээ нь нэг хэмжээст (1D), 0D, 2D наноматериалууд), түүнчлэн бусад наноматериалуудыг ( Жишээ нь, MOS40,41,42, эрхэм металлын нано хэсгүүд (NPs))43,44, нүүрстөрөгчийн наноматериалууд45,46 болон дамжуулагч полимерууд47,48) зэрэг нь нано хэмжээний гетероналогцол (жишээ нь, гетеронанобүтэцтэй MOS) үүсгэх нь дээрх асуудлуудыг шийдвэрлэхэд илүүд үздэг аргууд юм.Уламжлалт зузаан MOS хальстай харьцуулахад өндөр хувийн гадаргуутай бага хэмжээст MOS нь хийн шингээлтийг илүү идэвхтэй болгож, хийн тархалтыг хөнгөвчлөх боломжтой36,37,49.Нэмж дурдахад, MOS-д суурилсан гетеронанобүтэцүүдийн загвар нь гетероинтерфэйс дэх зөөвөрлөгчийн тээвэрлэлтийг илүү тохируулж, янз бүрийн үйлдлийн функцээс шалтгаалан эсэргүүцлийн томоохон өөрчлөлтийг бий болгодог50,51,52.Нэмж дурдахад, MOS гетеронанобүтцийн дизайнд тохиолддог зарим химийн нөлөө (жишээ нь, катализаторын идэвхжил ба синергетик гадаргуугийн урвал) нь мэдрэгчийн гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна.50,53,54 Хэдийгээр MOS гетеронанобүтэцийг зохион бүтээх, үйлдвэрлэх нь сайжруулах ирээдүйтэй арга байх болно. Мэдрэгчийн гүйцэтгэл, орчин үеийн химийн эсэргүүцэлтэй мэдрэгчүүд ихэвчлэн туршилт, алдаа ашигладаг бөгөөд энэ нь цаг хугацаа их шаарддаг бөгөөд үр ашиггүй байдаг.Тиймээс MOS дээр суурилсан хийн мэдрэгчийн мэдрэгч механизмыг ойлгох нь чухал бөгөөд энэ нь өндөр гүйцэтгэлтэй чиглэл мэдрэгчийг зохион бүтээхэд чиглэгдэх болно.
Сүүлийн жилүүдэд MOS хийн мэдрэгч хурдацтай хөгжиж, MOS нано бүтэц55,56,57, өрөөний температурын хийн мэдрэгч58,59, MOS мэдрэгчийн тусгай материал60,61,62, тусгай хийн мэдрэгч63 зэрэг зарим тайлангууд нийтлэгдсэн байна.Бусад тойм дахь тойм нийтлэл нь хүчилтөрөгчийн сул орон зайны үүрэг 64, гетеронано бүтцийн үүрэг 55, 65, гетероинтерфэйс дэх цэнэгийн шилжүүлэг 66 зэрэг MOS-ийн физик, химийн шинж чанарт суурилсан хийн мэдрэгчийн мэдрэх механизмыг тодруулахад чиглэгддэг. , бусад олон үзүүлэлтүүд мэдрэгчийн гүйцэтгэлд нөлөөлдөг бөгөөд үүнд гетеростатрын бүтэц, ширхэгийн хэмжээ, ажлын температур, согогийн нягтрал, хүчилтөрөгчийн хоосон орон зай, тэр ч байтугай мэдрэмтгий материалын нээлттэй болор хавтгай зэрэг болно25,67,68,69,70,71.72, 73. Гэсэн хэдий ч мэдрэгчтэй материал ба ажлын электродын хоорондын хамаарлаар тодорхойлогддог төхөөрөмжийн (ховор дурдагдсан) геометрийн бүтэц нь мэдрэгчийн мэдрэмжинд ихээхэн нөлөөлдөг74,75,76 (дэлгэрэнгүйг 3-р хэсгийг үзнэ үү) .Жишээлбэл, Кумар нар.77 нь ижил материал дээр суурилсан хоёр хийн мэдрэгч (жишээ нь, TiO2@NiO ба NiO@TiO2 дээр суурилсан хоёр давхаргат хийн мэдрэгч) гэж мэдээлсэн бөгөөд төхөөрөмжийн янз бүрийн геометрийн улмаас NH3 хийн эсэргүүцлийн өөр өөр өөрчлөлтийг ажигласан.Тиймээс хий мэдрэгчтэй механизмд дүн шинжилгээ хийхдээ төхөөрөмжийн бүтцийг харгалзан үзэх нь чухал юм.Энэхүү тоймд зохиогчид янз бүрийн гетероген нано бүтэц, төхөөрөмжийн бүтцийг MOS-д суурилсан илрүүлэх механизмд анхаарлаа хандуулсан.Энэхүү тойм нь хийн илрүүлэх механизмыг ойлгох, шинжлэхийг хүсч буй уншигчдад гарын авлага болж, ирээдүйн өндөр хүчин чадалтай хийн мэдрэгчийг хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулна гэдэгт бид итгэж байна.
Зураг дээр.1а нь нэг MOS дээр суурилсан хийн мэдрэгч механизмын үндсэн загварыг харуулж байна.Температур өсөхийн хэрээр MOS-ийн гадаргуу дээр хүчилтөрөгч (O2) молекулуудын шингээлт нь MOS-ээс электронуудыг татаж, анион төрлийн (O2- ба O- гэх мэт) үүсгэдэг.Дараа нь MOS 15, 23, 78-ийн гадаргуу дээр n төрлийн MOS-д зориулсан электроны хомсдолын давхарга (EDL) эсвэл p төрлийн MOS-ийн нүхний хуримтлалын давхарга (HAL) үүснэ. O2 ба тэдгээрийн хоорондын харилцан үйлчлэл MOS нь гадаргуугийн MOS-ийн дамжуулах зурвасыг дээшээ бөхийлгөж, боломжит саадыг үүсгэдэг.Дараа нь мэдрэгч нь зорилтот хийнд өртөх үед MOS-ийн гадаргуу дээр шингэсэн хий нь ионы хүчилтөрөгчтэй урвалд орж, электронуудыг татах (исэлдүүлэгч хий) эсвэл электрон хандивлах (хий багасгах) юм.Зорилтот хий ба MOS хоорондын электрон дамжуулалт нь EDL эсвэл HAL30,81-ийн өргөнийг тохируулах боломжтой бөгөөд ингэснээр MOS мэдрэгчийн ерөнхий эсэргүүцэл өөрчлөгдөнө.Жишээлбэл, бууруулагч хийн хувьд электронууд нь бууруулагч хийнээс n төрлийн MOS руу шилжиж, EDL бага, эсэргүүцэл багасдаг бөгөөд үүнийг n төрлийн мэдрэгчийн үйлдэл гэж нэрлэдэг.Үүний эсрэгээр, p төрлийн MOS нь p төрлийн мэдрэмтгий байдлыг тодорхойлдог бууруулагч хийд өртөх үед HAL багасаж, электрон хандивласаны улмаас эсэргүүцэл нэмэгддэг.Исэлдүүлэгч хийн хувьд мэдрэгчийн хариу үйлдэл нь хийг багасгахын эсрэг байна.
Хийг багасгах, исэлдүүлэх n-төрөл ба p-төрлийн MOS-ийг илрүүлэх үндсэн механизмууд b Хагас дамжуулагч хийн мэдрэгчтэй холбоотой үндсэн хүчин зүйлүүд ба физик-химийн болон материалын шинж чанарууд 89
Үндсэн илрүүлэх механизмаас гадна практик хийн мэдрэгчүүдэд ашигладаг хий илрүүлэх механизм нь нэлээд төвөгтэй байдаг.Жишээлбэл, хийн мэдрэгчийн бодит хэрэглээ нь хэрэглэгчийн хэрэгцээ шаардлагаас хамааран олон шаардлагыг хангасан байх ёстой (мэдрэмж, сонгомол байдал, тогтвортой байдал гэх мэт).Эдгээр шаардлагууд нь мэдрэмтгий материалын физик, химийн шинж чанартай нягт холбоотой байдаг.Жишээлбэл, Xu нар SnO2 дээр суурилсан мэдрэгч нь болор диаметр (d) нь SnO271-ийн Debye урттай (λD) тэнцүү буюу түүнээс хоёр дахин бага байх үед хамгийн өндөр мэдрэмжинд хүрдэг болохыг Xu нар харуулсан.d ≤ 2λD үед O2 молекулуудыг шингээж авсны дараа SnO2 бүрэн шавхагдах ба бууруулагч хийд мэдрэгчийн хариу үйлдэл хамгийн их байна.Нэмж дурдахад, бусад янз бүрийн параметрүүд нь мэдрэгчийн гүйцэтгэлд нөлөөлж болно, үүнд үйл ажиллагааны температур, болор согог, тэр ч байтугай мэдрэгчийн материалын ил болор хавтгай зэрэг болно.Ялангуяа ажлын температурын нөлөөллийг зорилтот хийн шингээлт ба десорбцийн хурд, түүнчлэн шингэсэн хийн молекулууд ба хүчилтөрөгчийн хэсгүүдийн гадаргуугийн урвалын хоорондох өрсөлдөөнөөр тайлбарладаг4,82.Кристал согогийн нөлөө нь хүчилтөрөгчийн сул орон зайн агууламжтай хүчтэй холбоотой байдаг [83, 84].Мэдрэгчийн үйл ажиллагаанд нээлттэй талст нүүрний янз бүрийн реактив байдал нөлөөлж болно67,85,86,87.Бага нягтралтай задгай болор хавтгай нь илүү их энергитэй, илүү зохицуулалтгүй металл катионуудыг илрүүлдэг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн шингээлт, реактив байдлыг дэмждэг88.Хүснэгт 1-д хэд хэдэн гол хүчин зүйлүүд болон тэдгээртэй холбоотой сайжруулсан мэдрэхүйн механизмуудыг жагсаав.Тиймээс эдгээр материалын параметрүүдийг тохируулснаар илрүүлэлтийн гүйцэтгэлийг сайжруулах боломжтой бөгөөд мэдрэгчийн гүйцэтгэлд нөлөөлөх гол хүчин зүйлсийг тодорхойлох нь чухал юм.
Yamazoe89 болон Shimanoe нар.68,71 нар мэдрэгчийг мэдрэх онолын механизмын талаар хэд хэдэн судалгаа хийж, мэдрэгчийн гүйцэтгэлд нөлөөлөх бие даасан гурван үндсэн хүчин зүйл, тухайлбал рецепторын үйл ажиллагаа, хувиргагчийн функц, хэрэглүүрийг санал болгосон (Зураг 1b)..Рецепторын үйл ажиллагаа нь MOS гадаргуугийн хийн молекулуудтай харилцан үйлчлэх чадварыг хэлнэ.Энэ функц нь MOS-ийн химийн шинж чанаруудтай нягт холбоотой бөгөөд гадаад хүлээн авагчдыг (жишээлбэл, металл NP болон бусад MOS) нэвтрүүлэх замаар мэдэгдэхүйц сайжруулж болно.Хөрвүүлэгчийн функц нь хий ба MOS-ийн гадаргуугийн хоорондох урвалыг MOS-ийн тарианы хил давамгайлсан цахилгаан дохио болгон хувиргах чадварыг хэлнэ.Тиймээс мэдрэхүйн үйл ажиллагаанд ӨМ ширхэгийн хэмжээ, гадаад рецепторуудын нягтрал ихээхэн нөлөөлдөг.Katoch нар 90 ZnO-SnO2 нанофибрилүүдийн ширхэгийн хэмжээ багассанаар олон тооны гетерогцолцууд үүсч, хувиргагчийн функцтэй нийцсэн мэдрэгчийн мэдрэмжийг нэмэгдүүлсэн гэж мэдээлсэн.Ван болон бусад.91 Zn2GeO4-ийн янз бүрийн ширхэгийн хэмжээг харьцуулж үзээд үр тарианы хил хязгаарыг оруулсны дараа мэдрэгчийн мэдрэмж 6.5 дахин нэмэгдсэнийг харуулсан.Utility нь дотоод MOS бүтцэд хий байгаа эсэхийг тодорхойлдог мэдрэгчийн гүйцэтгэлийн өөр нэг гол хүчин зүйл юм.Хэрэв хийн молекулууд дотоод MOS-д нэвтэрч, урвалд орж чадахгүй бол мэдрэгчийн мэдрэмж буурна.Ашигтай байдал нь тодорхой хийн тархалтын гүнтэй нягт холбоотой бөгөөд энэ нь мэдрэгч материалын нүхний хэмжээнээс хамаардаг.Сакай нар.92 нь утааны хийн мэдрэгчийн мэдрэмжийг загварчилж, хийн молекул жин ба мэдрэгчийн мембраны нүхний радиус хоёулаа мэдрэгчийн мембран дахь хийн тархалтын янз бүрийн гүнд мэдрэгчийн мэдрэмжинд нөлөөлдөг болохыг тогтоожээ.Дээрх хэлэлцүүлгээс харахад өндөр хүчин чадалтай хийн мэдрэгчийг хүлээн авагчийн үйл ажиллагаа, хувиргагчийн функц, хэрэглээг тэнцвэржүүлж, оновчтой болгох замаар боловсруулж болно.
Дээрх ажил нь нэг MOS-ийн ойлголтын үндсэн механизмыг тодруулж, MOS-ийн гүйцэтгэлд нөлөөлөх хэд хэдэн хүчин зүйлийг авч үзсэн болно.Эдгээр хүчин зүйлсээс гадна гетероид бүтэц дээр суурилсан хийн мэдрэгч нь мэдрэгч болон хүлээн авагчийн үйл ажиллагааг мэдэгдэхүйц сайжруулснаар мэдрэгчийн гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна.Нэмж дурдахад, гетеронано бүтэц нь катализаторын урвалыг сайжруулж, цэнэгийн дамжуулалтыг зохицуулж, илүү шингээх талбайг бий болгосноор мэдрэгчийн гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна.Өнөөдрийг хүртэл MOS-ийн гетеронано бүтэц дээр суурилсан олон хийн мэдрэгчийг сайжруулсан мэдрэхүйн механизмын талаар ярилцсан95,96,97.Миллер нар.55 нь гадаргуугаас хамааралтай, интерфэйсээс хамааралтай, бүтцээс хамааралтай гэх мэт гетеронано бүтцийн мэдрэмжийг сайжруулах хэд хэдэн механизмыг нэгтгэн харуулав.Тэдгээрийн дотроос интерфэйсээс хамааралтай олшруулах механизм нь бүх интерфейсийн харилцан үйлчлэлийг нэг онолд багтаахын тулд хэтэрхий төвөгтэй байдаг, учир нь гетеронанобүтэцтэй материал дээр суурилсан янз бүрийн мэдрэгчийг (жишээлбэл, nn-гетеро холболт, pn-гетеро холболт, pp-гетеро холболт гэх мэт) ашиглаж болно. .Шоттки зангилаа).Ерөнхийдөө MOS-д суурилсан гетеронанобүтэцтэй мэдрэгч нь үргэлж хоёр ба түүнээс дээш дэвшилтэт мэдрэгч механизмуудыг агуулдаг98,99,100.Эдгээр олшруулах механизмын синергетик нөлөө нь мэдрэгчийн дохиог хүлээн авах, боловсруулах чадварыг сайжруулдаг.Тиймээс нэгэн төрлийн нано бүтэцтэй материал дээр суурилсан мэдрэгчийг мэдрэх механизмыг ойлгох нь судлаачдад өөрсдийн хэрэгцээнд нийцүүлэн доороос дээш хийн мэдрэгчийг боловсруулахад туслахын тулд маш чухал юм.Нэмж дурдахад төхөөрөмжийн геометрийн бүтэц нь мэдрэгч 74, 75, 76-ийн мэдрэмжинд ихээхэн нөлөөлдөг. Мэдрэгчийн үйл ажиллагааг системтэйгээр шинжлэхийн тулд янз бүрийн гетеронано бүтэцтэй материал дээр суурилсан гурван төхөөрөмжийн бүтцийн мэдрэгч механизмыг танилцуулах болно. мөн доор хэлэлцэх болно.
MOS дээр суурилсан хийн мэдрэгчийг хурдацтай хөгжүүлснээр янз бүрийн гетеро-нано бүтэцтэй MOS-ийг санал болгож байна.Гетероинтерфэйс дэх цэнэгийн дамжуулалт нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн өөр өөр Ферми түвшингээс (Ef) хамаарна.Гетероинтерфэйс дээр электронууд Ферми түвшин тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл том Ef-тэй нэг талаас нөгөө тал руу бага Ef-тэй шилждэг ба нүхнүүд эсрэгээр.Дараа нь гетероинтерфэйс дэх тээвэрлэгчид шавхагдаж, шавхагдсан давхарга үүсгэдэг.Мэдрэгч нь зорилтот хийнд өртсөний дараа гетеронанобүтэцтэй MOS зөөвөрлөгчийн концентраци нь саадын өндөртэй адил өөрчлөгдөж, улмаар илрүүлэх дохиог сайжруулдаг.Нэмж дурдахад, гетеронано бүтцийг үйлдвэрлэх янз бүрийн аргууд нь материал ба электродуудын хооронд өөр өөр харилцааг бий болгодог бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн янз бүрийн геометр, өөр өөр мэдрэгч механизмыг бий болгодог.Энэхүү тоймд бид гурван геометрийн төхөөрөмжийн бүтцийг санал болгож, бүтэц тус бүрийн мэдрэх механизмын талаар ярилцав.
Хэдийгээр гетерогцолтууд нь хийн илрүүлэх гүйцэтгэлд маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг боловч мэдрэгчийн дамжуулалтын сувгийн байршил нь төхөөрөмжийн геометрээс ихээхэн хамаардаг тул бүх мэдрэгчийн төхөөрөмжийн геометр нь илрүүлэх үйл ажиллагаанд ихээхэн нөлөөлдөг.Зураг 2-т үзүүлсний дагуу гетерогцолтын MOS төхөөрөмжүүдийн гурван ердийн геометрийг энд авч үзсэн болно. Эхний төрөлд хоёр MOS холболтыг хоёр электродын хооронд санамсаргүй байдлаар хуваарилдаг бөгөөд дамжуулагч сувгийн байршлыг үндсэн MOS-ээр тодорхойлно, хоёрдугаарт электродтой зөвхөн нэг MOS холбогдсон байхад өөр өөр MOS-аас гетероген нано бүтэц үүсэх.электрод холбогдсон бол дамжуулагч суваг нь ихэвчлэн MOS дотор байрладаг бөгөөд электродтой шууд холбогддог.Гурав дахь төрөлд хоёр материалыг хоёр электрод тусад нь холбож, хоёр материалын хооронд үүссэн гетерогцолбороор төхөөрөмжийг удирддаг.
Нэгдлүүдийн хоорондох зураас (жишээ нь, "SnO2-NiO") нь хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг нь зүгээр л холилдсон болохыг харуулж байна (I төрөл).Хоёр холболтын хоорондох "@" тэмдэг (жишээ нь "SnO2@NiO") нь II төрлийн мэдрэгчийн бүтцэд зориулж шат материал (NiO) нь SnO2-ээр чимэглэгдсэн болохыг харуулж байна.Ташуу зураас (жишээ нь “NiO/SnO2”) III төрлийн мэдрэгчийн загварыг заана.
MOS нийлмэл материал дээр суурилсан хийн мэдрэгчийн хувьд хоёр MOS элементийг электродуудын хооронд санамсаргүй байдлаар хуваарилдаг.MOS нийлмэл материалыг бэлтгэхийн тулд sol-gel, coprecipitation, hydrothermal, electrospinning, механик холих аргууд98,102,103,104 зэрэг олон төрлийн үйлдвэрлэлийн аргыг боловсруулсан.Сүүлийн үед металл төвүүд ба органик холбогчоос бүрдсэн сүвэрхэг талст бүтэцтэй материалын анги болох металл-органик хүрээ (МОФ) нь сүвэрхэг MOS нийлмэл материал үйлдвэрлэх загвар болгон ашиглагдаж байна105,106,107,108.Хэдийгээр MOS нийлмэл материалын хувь ижил боловч үйлдвэрлэлийн янз бүрийн процессыг ашиглах үед мэдрэмжийн шинж чанар нь ихээхэн ялгаатай байж болохыг тэмдэглэх нь зүйтэй.109,110 Жишээ нь, Gao et al.109 ижил атомын харьцаатай MoO3±SnO2 нийлмэл материал дээр тулгуурлан хоёр мэдрэгч үйлдвэрлэсэн. (Mo:Sn = 1:1.9) ба янз бүрийн үйлдвэрлэлийн аргууд нь өөр өөр мэдрэмжид хүргэдэг болохыг олж мэдсэн.Шапошник нар.110-д мэдээлснээр хамтран тунадасжсан SnO2-TiO2-ийн хийн H2-д үзүүлэх урвал нь ижил Sn/Ti харьцаатай байсан ч механик хольцтой материалын урвалаас ялгаатай байна.Энэ ялгаа нь MOP болон MOP талстлитийн хэмжээ хоорондын хамаарал нь синтезийн янз бүрийн аргуудаас хамаарч өөр өөр байдаг109,110.Мөхлөгийн хэмжээ, хэлбэр нь донорын нягт ба хагас дамжуулагчийн төрлөөр нийцэж байвал контактын геометр өөрчлөгдөөгүй тохиолдолд хариу үйлдэл нь хэвээр байх ёстой 110 .Staerz нар.111-д мэдээлснээр SnO2-Cr2O3 үндсэн бүрээс (CSN) нан утас болон нунтагласан SnO2-Cr2O3 CSN-ийн илрүүлэх шинж чанар нь бараг ижил байсан нь нанофиберийн морфологи нь ямар ч давуу тал өгөхгүй байгааг харуулж байна.
Үйлдвэрлэлийн янз бүрийн аргуудаас гадна хоёр өөр MOSFET-ийн хагас дамжуулагчийн төрлүүд нь мэдрэгчийн мэдрэмжинд нөлөөлдөг.Хоёр MOSFET нь ижил төрлийн хагас дамжуулагч (nn эсвэл pp уулзвар) эсвэл өөр төрлийн (pn уулзвар) эсэхээс хамааран үүнийг хоёр ангилалд хувааж болно.Хийн мэдрэгчүүд нь ижил төрлийн MOS нийлмэл материал дээр суурилагдсан үед хоёр MOS-ийн молийн харьцааг өөрчилснөөр мэдрэмжийн хариу урвалын шинж чанар өөрчлөгдөөгүй хэвээр байх ба мэдрэгчийн мэдрэмж нь nn- эсвэл pp-гетерогцолтын тооноос хамаарч өөр өөр байдаг.Нийлмэл материалд нэг бүрэлдэхүүн хэсэг давамгайлах үед (жишээ нь 0.9 ZnO-0.1 SnO2 эсвэл 0.1 ZnO-0.9 SnO2) дамжуулагч суваг нь давамгайлсан MOS-ээр тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг homojunction дамжуулалтын суваг 92 гэж нэрлэдэг.Хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн харьцааг харьцуулж үзвэл дамжуулагч суваг нь гетеролцол давамгайлдаг гэж үздэг98,102.Yamazoe нар.112,113-д мэдээлснээр хоёр бүрэлдэхүүн хэсгийн гетероконтакт хэсэг нь мэдрэгчийн мэдрэмжийг ихээхэн сайжруулж чадна, учир нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн өөр өөр үйл ажиллагааны улмаас үүссэн гетерогцолтын саад нь электронд өртсөн мэдрэгчийн шилжилт хөдөлгөөнийг үр дүнтэй удирдаж чаддаг.Төрөл бүрийн орчны хий 112,113.Зураг дээр.Зураг 3а-аас харахад өөр өөр ZnO агууламжтай (0-10 моль % Zn) SnO2-ZnO ширхэгт шаталсан бүтэц дээр суурилсан мэдрэгч нь этанолыг сонгон илрүүлж чаддаг.Тэдгээрийн дотроос SnO2-ZnO ширхэгт (7 моль.% Zn) дээр суурилсан мэдрэгч нь хамгийн их мэдрэмтгий байдлыг харуулсан бөгөөд олон тооны гетерогцолдол үүсч, хувийн гадаргуугийн хэмжээ ихэссэн нь хөрвүүлэгчийн үйл ажиллагааг нэмэгдүүлж, сайжруулсан байна. мэдрэмж 90 Гэсэн хэдий ч цаашид ZnO-ийн агууламж 10 моль.% хүртэл нэмэгдсэнээр бичил бүтэцтэй SnO2-ZnO нийлмэл нь гадаргуугийн идэвхжсэн хэсгүүдийг ороож, мэдрэгчийн мэдрэмжийг бууруулдаг85.Үүнтэй төстэй хандлага нь өөр өөр Fe/Ni харьцаатай NiO-NiFe2O4 pp гетеро холболтын нийлмэл материалд суурилсан мэдрэгчүүдийн хувьд ажиглагдаж байна (Зураг 3б)114.
SnO2-ZnO утаснуудын (7 моль.% Zn) SEM зураг ба 260 ° C-д 100 ppm концентрацитай янз бүрийн хийд мэдрэгчийн хариу урвал;54b Төрөл бүрийн хийн 50 ppm, 260 ° C температурт цэвэр NiO ба NiO-NiFe2O4 нийлмэл материал дээр суурилсан мэдрэгчийн хариу үйлдэл;114 ( в) xSnO2-(1-x)Co3O4 найрлага дахь зангилааны тоо ба 10 ppm CO, ацетон, C6H6, SO2-д ногдох xSnO2-(1-x)Co3O4 найрлагын харгалзах эсэргүүцэл ба мэдрэмжийн урвалын бүдүүвч диаграмм. Sn/Co 98-ийн молийн харьцааг өөрчилснөөр 350°С-т хий
Pn-MOS нийлмэл материалууд нь MOS115-ийн атомын харьцаанаас хамааран өөр өөр мэдрэмжийн шинж чанарыг харуулдаг.Ерөнхийдөө MOS нийлмэл материалын мэдрэхүйн зан төлөв нь аль MOS нь мэдрэгчийн үндсэн дамжуулагч суваг болохоос ихээхэн хамаардаг.Тиймээс нийлмэл материалын найрлага, нано бүтцийг тодорхойлох нь маш чухал юм.Kim et al.98 xSnO2 ± (1-x)Co3O4 нийлмэл нано утаснуудыг цахилгаанаар эргүүлж, тэдгээрийн мэдрэгчийн шинж чанарыг судалснаар энэхүү дүгнэлтийг баталжээ.Тэд SnO2-Co3O4 нийлмэл мэдрэгчийн үйлдэл SnO2-ийн хувийг бууруулснаар n-төрлөөс p-төрөлд шилжсэнийг ажигласан (Зураг 3в)98.Нэмж дурдахад гетеро холболт давамгайлсан мэдрэгчүүд (0.5 SnO2-0.5 Co3O4 дээр үндэслэсэн) C6H6-ийн дамжуулалтын хамгийн өндөр хурдыг нэгэн төрлийн давамгайлсан мэдрэгчтэй харьцуулахад (жишээ нь, өндөр SnO2 эсвэл Co3O4 мэдрэгч) харуулсан.0.5 SnO2-0.5 Co3O4 дээр суурилсан мэдрэгчийн төрөлхийн өндөр эсэргүүцэл ба мэдрэгчийн ерөнхий эсэргүүцлийг өөрчлөх чадвар нь C6H6-д хамгийн их мэдрэг болоход хувь нэмэр оруулдаг.Нэмж дурдахад, SnO2-Co3O4 гетероинтерфэйсээс үүссэн торны үл нийцэх согогууд нь хийн молекулуудыг шингээх давуу талыг бий болгож, улмаар мэдрэгчийн хариу үйлдлийг сайжруулдаг109,116.
Хагас дамжуулагч төрлийн MOS-ээс гадна MOS нийлмэл материалуудын мэдрэгчтэй байдлыг MOS-117-ийн химийн аргаар өөрчилж болно.Huo et al.117 Co3O4-SnO2 нийлмэл материал бэлтгэхийн тулд энгийн дэвтээн жигнэх аргыг ашигласан бөгөөд Co/Sn молийн харьцаа 10% байхад мэдрэгч нь H2-д p төрлийн илрүүлэлтийн хариу үйлдэл үзүүлж, n-төрлийн мэдрэмжтэй болохыг тогтоожээ. H2.хариу үйлдэл.CO, H2S ба NH3 хийд мэдрэгчийн хариу урвалыг Зураг 4a117-д үзүүлэв.Бага Co/Sn харьцаатай үед SnO2±SnO2 нано тарианы хил дээр олон гомохолболт үүсч, H2-д n төрлийн мэдрэгчийн хариу үйлдэл үзүүлдэг (Зураг 4b,c)115.Co/Sn харьцаа 10 моль хүртэл нэмэгдсэнээр.%, SnO2-SnO2 гомо холболтын оронд олон Co3O4-SnO2 гетерогцолцог нэгэн зэрэг үүссэн (Зураг 4d).Co3O4 нь H2-ийн хувьд идэвхгүй, SnO2 нь H2-тэй хүчтэй урвалд ордог тул H2-ийн ионы хүчилтөрөгчтэй урвал нь SnO2117-ийн гадаргуу дээр голчлон явагддаг.Тиймээс электронууд SnO2 руу шилжиж, Ef SnO2 дамжуулалтын зурваст шилждэг бол Ef Co3O4 өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.Үүний үр дүнд мэдрэгчийн эсэргүүцэл нэмэгдэж, Co/Sn харьцаа өндөртэй материал нь p төрлийн мэдрэгчтэй болохыг харуулж байна (Зураг 4e).Үүний эсрэгээр, CO, H2S, NH3 хий нь SnO2 ба Co3O4 гадаргуу дээр ионы хүчилтөрөгчийн төрлүүдтэй урвалд орж электронууд хийнээс мэдрэгч рүү шилждэг бөгөөд үүний үр дүнд саадны өндөр болон n төрлийн мэдрэг чанар буурдаг (Зураг 4f)..Мэдрэгчийн энэхүү ялгаатай байдал нь өөр өөр хийтэй Co3O4-ийн харилцан үйлчлэлээс шалтгаалж байгаа бөгөөд үүнийг Yin нар батлав.118 .Үүнтэй адилаар Katoch et al.119 нь SnO2-ZnO нийлмэл материалууд нь сонгомол чанар сайтай, H2-д мэдрэмтгий байдаг гэдгийг харуулсан.H-ийн s-орбитал ба O-ийн p-орбитал хоёрын хооронд хүчтэй эрлийзжсэний улмаас H атомууд ZnO-ийн O байрлалд амархан шингэж, улмаар ZnO120,121-ийн металлжилт үүсдэг тул ийм зан үйл үүсдэг.
a H2, CO, NH3 ба H2S зэрэг ердийн бууруулагч хийн Co/Sn-10%-ийн динамик эсэргүүцлийн муруй, b, c Бага % м-ийн H2-ийн Co3O4/SnO2 нийлмэл мэдрэгч механизмын диаграмм.Co/Sn, df Co3O4 Өндөр Co/Sn/SnO2 нийлмэл H2 ба CO, H2S ба NH3-ийг илрүүлэх механизм
Тиймээс бид үйлдвэрлэлийн тохиромжтой аргыг сонгох, нийлмэл материалын ширхэгийн хэмжээг багасгах, MOS нийлмэл материалын молийн харьцааг оновчтой болгох замаар I төрлийн мэдрэгчийн мэдрэмжийг сайжруулж чадна.Нэмж дурдахад мэдрэмтгий материалын химийн талаар гүнзгий ойлголттой байх нь мэдрэгчийн сонгон шалгаруулах чадварыг улам сайжруулж чадна.
II төрлийн мэдрэгчийн бүтэц нь нэг "мастер" наноматериал, хоёр дахь эсвэл бүр гуравдахь наноматериал зэрэг олон янзын нано бүтэцтэй материалыг ашиглах боломжтой өөр нэг алдартай мэдрэгчийн бүтэц юм.Жишээлбэл, II төрлийн мэдрэгчийн бүтцэд нано бөөмс, үндсэн бүрхүүл (CS) болон олон давхаргат гетеронано бүтэцтэй материалаар чимэглэсэн нэг хэмжээст эсвэл хоёр хэмжээст материалыг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд үүнийг доор дэлгэрэнгүй авч үзэх болно.
Эхний гетеронаноструктурын материалын хувьд (чимэглэсэн гетеронаноструктур) Зураг 2b(1)-д үзүүлснээр мэдрэгчийн дамжуулагч сувгууд нь үндсэн материалаар холбогддог.Гетерогцолдол үүссэний улмаас өөрчлөгдсөн нано бөөмс нь хийн шингээлт эсвэл десорбцийн илүү реактив талбайг бий болгож, мэдрэх чадварыг сайжруулах катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг109,122,123,124.Юан нар WO3 нано утсыг CeO2 нанодотоор чимэглэх нь CeO2@WO3 гетероинтерфэйс болон CeO2 гадаргуу дээр илүү их шингээх цэгүүдийг бий болгож, ацетонтой урвалд ороход илүү химийн шингэсэн хүчилтөрөгчийн төрлийг бий болгож чадна гэж тэмдэглэжээ.Гунаван нар.125. Нэг хэмжээст Au@α-Fe2O3 дээр суурилсан хэт өндөр мэдрэмжтэй ацетон мэдрэгчийг санал болгосон бөгөөд мэдрэгчийн мэдрэмжийг хүчилтөрөгчийн эх үүсвэр болох O2 молекулуудыг идэвхжүүлснээр удирдаж байгаа нь ажиглагдсан.Au NPs байгаа нь хүчилтөрөгчийн молекулуудыг ацетоныг исэлдүүлэхийн тулд торны хүчилтөрөгч болгон задлах катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг.Үүнтэй төстэй үр дүнг Choi et al.9-д шингэсэн хүчилтөрөгчийн молекулуудыг ионжуулсан хүчилтөрөгчийн төрөл зүйл болгон задалж, ацетонд мэдрэмтгий хариу урвалыг сайжруулахын тулд Pt катализаторыг ашигласан.2017 онд ижил судалгааны баг хоёр металлын нано бөөмс нь катализийн үйл ажиллагаанд нэг үнэт металлын нано бөөмсөөс хамаагүй илүү үр дүнтэй болохыг Зураг 5126-д үзүүлэв. 5а нь платин дээр суурилсан биметалл (PtM) NPs-ийг апоферритин эсийг ашиглан үйлдвэрлэх үйл явцын бүдүүвч зураг юм. дундаж хэмжээ нь 3 нм-ээс бага.Дараа нь цахилгаан ээрэх аргыг ашиглан ацетон эсвэл H2S-ийн мэдрэмж, сонгомол чанарыг нэмэгдүүлэхийн тулд PtM@WO3 нан утаснуудыг авсан (Зураг 5b-g).Саяхан нэг атомын катализатор (SACs) нь атомын ашиглалтын хамгийн их үр ашиг, тохируулсан электрон бүтцийн ачаар катализ, хийн шинжилгээний салбарт маш сайн катализаторын гүйцэтгэлийг харуулсан127,128.Шин болон бусад.129 нь Pt-SA зангуутай нүүрстөрөгчийн нитрид (MCN), SnCl2 болон PVP нано хуудсыг Pt@MCN@SnO2-ийн шугаман утаснуудыг хийн илрүүлэхэд бэлтгэхийн тулд химийн эх үүсвэр болгон ашигласан.Хэдийгээр Pt@MCN-ийн агууламж маш бага (жингийн 0.13% -аас 0.68 жин%) боловч хийн формальдегид Pt@MCN@SnO2-ийг илрүүлэх чадвар нь бусад лавлагаа дээжээс (цэвэр SnO2, MCN@SnO2 ба Pt NPs@) давуу юм. SnO2)..Энэхүү илрүүлэлтийн маш сайн гүйцэтгэлийг Pt SA катализаторын хамгийн их атомын үр ашиг, SnO2129 идэвхтэй хэсгүүдийн хамгийн бага хамрах хүрээтэй холбон тайлбарлаж болно.
PtM-apo (PtPd, PtRh, PtNi) нано бөөмсийг олж авахын тулд апоферритинаар ачаалагдсан капсулжуулалтын арга;bd онгон WO3, PtPd@WO3, PtRn@WO3, Pt-NiO@WO3 нан утаснуудын динамик хий мэдрэмтгий шинж чанарууд;жишээ нь, PtPd@WO3, PtRn@WO3, Pt-NiO@WO3 нанофибер мэдрэгчүүдийн 1 ppm интерференцийн хийн сонгомол шинж чанарт тулгуурлан 126
Нэмж дурдахад, радиаль модуляцын механизмаар дамжуулагчийн сувгуудыг үр дүнтэй зохицуулж, мэдрэгчийн гүйцэтгэлийг сайжруулах боломжтой130,131,132 Шатны материал ба нано бөөмсийн хооронд үүссэн гетерогцолц.Зураг дээр.Зураг 6а-д хийг багасгах, исэлдүүлэх зориулалттай цэвэр SnO2 ба Cr2O3@SnO2 нано утаснуудын мэдрэгчийн шинж чанар, харгалзах мэдрэгчийн механизмуудыг харуулав131.Цэвэр SnO2 нано утастай харьцуулахад Cr2O3@SnO2 нано утаснуудын хийг багасгах хариу үйлдэл нь ихээхэн сайжирсан бол исэлдүүлэгч хийн хариу урвал улам дорддог.Эдгээр үзэгдлүүд нь үүссэн pn гетерогцолтын радиаль чиглэлд SnO2 нано утасны дамжуулах сувгийн орон нутгийн удаашралтай нягт холбоотой юм.Мэдрэгчийн эсэргүүцлийг багасгах, исэлдүүлэх хийнд өртсөний дараа цэвэр SnO2 нано утаснуудын гадаргуу дээрх EDL өргөнийг өөрчлөх замаар л тааруулж болно.Харин Cr2O3@SnO2 нано утаснуудын хувьд агаар дахь SnO2 нано утасны анхны DEL нь цэвэр SnO2 нано утастай харьцуулахад нэмэгдэж, гетерогцолцол үүссэний улмаас дамжуулах суваг нь дарагддаг.Иймээс мэдрэгчийг бууруулагч хийтэй болгоход баригдсан электронууд SnO2 нано утас руу ялгарч, EDL нь эрс багасч, цэвэр SnO2 нано утаснаас өндөр мэдрэмжтэй болдог.Эсрэгээр, исэлдүүлэгч хий рүү шилжих үед DEL-ийн тэлэлт хязгаарлагдмал тул бага мэдрэмжтэй байдаг.Мэдрэхүйн хариу урвалын ижил төстэй үр дүнг Чой нар 133 ажигласан бөгөөд үүнд p төрлийн WO3 нано бөөмсөөр чимэглэсэн SnO2 нано утаснууд нь хийг багасгах мэдрэхүйн хариу урвалыг мэдэгдэхүйц сайжруулсан бол n-чимэглэгдсэн SnO2 мэдрэгч нь исэлдүүлэгч хийн мэдрэмжийг сайжруулсан байна.TiO2 нано бөөмс (Зураг 6б) 133. Энэ үр дүн нь SnO2 ба MOS (TiO2 эсвэл WO3) нано хэсгүүдийн өөр өөр ажлын функцээс шалтгаална.P-хэлбэрийн (n-төрөл) нано бөөмсүүдэд хүрээ материалын дамжуулагч суваг (SnO2) радиаль чиглэлд өргөжиж (эсвэл агшилт), дараа нь багасгах (эсвэл исэлдүүлэх) үйл ажиллагааны дор цаашид тэлэх (эсвэл богиносгох) үйлчилдэг. хийн SnO2 – хавирга ) дамжуулах сувгийн (Зураг 6б).
Өөрчлөгдсөн LF MOS-ээр өдөөгдсөн радиаль модуляцийн механизм.a Цэвэр SnO2 ба Cr2O3@SnO2 нано утас, харгалзах мэдрэгч механизмын бүдүүвч диаграмм дээр үндэслэн 10 ppm-ийн бууруулж исэлдүүлэгч хийд үзүүлэх хийн хариу урвалын хураангуй;мөн WO3@SnO2 наноодуудын харгалзах схемүүд ба илрүүлэх механизм133
Хоёр болон олон давхаргат гетероструктурын төхөөрөмжүүдэд төхөөрөмжийн дамжуулалтын суваг нь электродтой шууд харьцах давхарга (ихэвчлэн доод давхарга) давамгайлдаг бөгөөд хоёр давхаргын интерфэйс дээр үүссэн гетеро холболт нь доод давхаргын дамжуулалтыг хянах боломжтой. .Тиймээс хий нь дээд давхаргатай харилцан үйлчлэх үед доод давхаргын дамжуулалтын суваг болон төхөөрөмжийн эсэргүүцэл 134-д ихээхэн нөлөөлдөг.Жишээлбэл, Кумар нар.77 нь NH3-ийн TiO2@NiO болон NiO@TiO2 давхар давхаргын эсрэг үйлдлийг мэдээлсэн.Энэ ялгаа нь хоёр мэдрэгчийн дамжуулагч сувгууд нь өөр өөр материалын давхаргад давамгайлдаг (NiO ба TiO2 тус тус) ба дараа нь үндсэн дамжуулалтын сувгийн өөрчлөлтүүд өөр өөр байдаг77.
Хоёр давхаргат эсвэл олон давхаргат гетеронано бүтэц нь ихэвчлэн шүрших, атомын давхаргын хуримтлал (ALD) болон центрифуг хийх замаар үүсдэг56,70,134,135,136.Киноны зузаан ба хоёр материалын холбоо барих хэсгийг сайн хянах боломжтой.Зураг 7a, b-д этанол илрүүлэх зорилгоор шүрших замаар олж авсан NiO@SnO2 ба Ga2O3@WO3 нано хальсыг харуулав135,137.Гэсэн хэдий ч эдгээр аргууд нь ерөнхийдөө хавтгай хальс үүсгэдэг бөгөөд эдгээр хавтгай хальс нь 3D нано бүтэцтэй материалаас бага хувийн гадаргуу болон хийн нэвчилттэй тул бага мэдрэмжтэй байдаг.Тиймээс тодорхой гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлэх замаар мэдрэх чадварыг сайжруулахын тулд өөр өөр шатлал бүхий хоёр давхаргат хальс үйлдвэрлэх шингэн фазын стратегийг санал болгов41,52,138.Zhu нар 139 шүрших болон гидротермаль техникийг хослуулан H2S илрүүлэх SnO2 нано утас (ZnO@SnO2 нано утас) дээр өндөр эмх цэгцтэй ZnO нано утас үйлдвэрлэсэн (Зураг 7c).Түүний 1 ppm H2S-д үзүүлэх хариу үйлдэл нь цацагдсан ZnO@SnO2 нано хальс дээр суурилсан мэдрэгчээс 1.6 дахин их байна.Лю нар.52 нь шаталсан SnO2@NiO нано бүтцийг бий болгохын тулд хоёр үе шаттай газар дээр нь химийн хуримтлуулах аргыг ашиглан өндөр гүйцэтгэлтэй H2S мэдрэгчийг мэдээлсэн бөгөөд дараа нь дулааны боловсруулалт хийдэг (Зураг 10d).Ердийн шүршигч SnO2@NiO давхар хальстай харьцуулахад гадаргуугийн хувийн талбайн хэмжээ нэмэгдсэнээр SnO2@NiO шаталсан давхар давхаргын бүтцийн мэдрэмжийн гүйцэтгэл мэдэгдэхүйц сайжирсан52,137.
MOS дээр суурилсан давхар давхаргын хийн мэдрэгч.Этанол илрүүлэх NiO@SnO2 нано хальс;Этанол илрүүлэх 137b Ga2O3@WO3 нано хальс;H2S илрүүлэх 135c өндөр дараалалтай SnO2@ZnO давхар давхаргын шаталсан бүтэц;139d SnO2@NiO H2S52-ийг илрүүлэх хоёр давхаргат шаталсан бүтэц.
Үндсэн бүрхүүлийн гетеронано бүтэц (CSHNs) дээр суурилсан II төрлийн төхөөрөмжүүдэд дамжуулах суваг нь дотоод бүрхүүлээр хязгаарлагдахгүй тул мэдрэгч механизм нь илүү төвөгтэй байдаг.Үйлдвэрлэлийн зам болон багцын зузаан (hs) хоёулаа дамжуулагч сувгуудын байршлыг тодорхойлж болно.Жишээлбэл, доороос дээш синтезийн аргыг ашиглах үед дамжуулагч сувгууд нь ихэвчлэн дотоод цөмд хязгаарлагддаг бөгөөд энэ нь бүтцийн хувьд хоёр давхаргат эсвэл олон давхаргат төхөөрөмжийн бүтэцтэй төстэй байдаг (Зураг 2b(3)) 123, 140, 141, 142, 143. Xu et al.144 нь дамжуулалтын суваг нь төв хэсгээр хязгаарлагдаж байсан α-Fe2O3 наноодууд дээр NiO эсвэл CuO NP-ийн давхаргыг байршуулах замаар CSHN NiO@α-Fe2O3 ба CuO@α-Fe2O3-ийг авахын тулд доороос дээш ханддаг тухай мэдээлсэн.(наноодууд α-Fe2O3).Лю нар.Мөн 142 нь цахиурын нано утаснуудын бэлтгэсэн массив дээр TiO2-ийг байршуулснаар CSHN TiO2 @ Si-ийн гол хэсэг рүү дамжуулах сувгийг хязгаарлаж чадсан.Тиймээс түүний мэдрэх чадвар (p-type эсвэл n-type) нь зөвхөн цахиурын нано утасны хагас дамжуулагчийн төрлөөс хамаарна.
Гэсэн хэдий ч ихэнх CSHN-д суурилсан мэдрэгчийг (Зураг 2b(4)) нийлэгжүүлсэн CS материалын нунтагыг чип дээр шилжүүлэх замаар хийсэн.Энэ тохиолдолд мэдрэгчийн дамжуулах замд орон сууцны зузаан (hs) нөлөөлдөг.Кимийн бүлэг hs-ийн хий илрүүлэх гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөг судалж, илрүүлэх боломжит механизмыг санал болгосон100,112,145,146,147,148. Энэ бүтцийг мэдрэх механизмд хоёр хүчин зүйл нөлөөлдөг гэж үздэг: (1) бүрхүүлийн EDL-ийн радиаль модуляц, (2) цахилгаан талбайн түрхэц нөлөө (Зураг 8) 145. Судлаачид дамжуулагч суваг гэж дурдсан байдаг. бүрхүүлийн давхаргын hs > λD үед тээвэрлэгчдийн ихэнх нь бүрхүүлийн давхаргад хязгаарлагддаг145. Энэ бүтцийг мэдрэх механизмд хоёр хүчин зүйл нөлөөлдөг гэж үздэг: (1) бүрхүүлийн EDL-ийн радиаль модуляц, (2) цахилгаан талбайн түрхэц нөлөө (Зураг 8) 145. Судлаачид дамжуулагч суваг гэж дурдсан байдаг. бүрхүүлийн давхаргын hs > λD үед тээвэрлэгчдийн ихэнх нь бүрхүүлийн давхаргад хязгаарлагддаг145. Считается, что в механизме всприятия этой структури встречается хоёр хүчин зүйл: (1) радиальная модуляция ДЭС оболочки ба (2) эффект размытия электрического поля (рис. 8) 145. λD оболочки145. Энэ бүтцийг ойлгох механизмд хоёр хүчин зүйл нөлөөлдөг гэж үздэг: (1) бүрхүүлийн EDL-ийн радиаль модуляц, (2) цахилгаан орон зайг бүдгэрүүлэх нөлөө (Зураг 8) 145. Судлаачид тэмдэглэв. hs > λD бүрхүүлүүд145 үед зөөгч дамжуулах суваг голчлон бүрхүүлд хязгаарлагддаг.Энэ бүтцийг илрүүлэх механизмд хоёр хүчин зүйл нөлөөлдөг гэж үздэг: (1) бүрхүүлийн DEL-ийн радиаль модуляц ба (2) цахилгаан талбайн түрхэц (Зураг 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。屳 > 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. Судлаачдын тэмдэглэснээр дамжуулагч суваг нь бүрхүүлийн hs > λD145 үед тээвэрлэгчдийн тоо голчлон бүрхүүлээр хязгаарлагддаг.Тиймээс CSHN дээр суурилсан мэдрэгчийн эсэргүүцлийн модуляцад DEL бүрхүүлийн радиаль модуляц давамгайлдаг (Зураг 8a).Гэсэн хэдий ч бүрхүүлийн hs ≤ λD үед бүрхүүлд шингэсэн хүчилтөрөгчийн тоосонцор болон CS гетеролцонд үүссэн гетеро холболт электронууд бүрэн шавхагдсан байдаг. Иймээс дамжуулагч суваг нь зөвхөн бүрхүүлийн давхарга дотор байрлахаас гадна үндсэн хэсэгт, ялангуяа бүрхүүлийн давхаргын hs < λD үед хэсэгчлэн байрладаг. Иймээс дамжуулагч суваг нь зөвхөн бүрхүүлийн давхарга дотор байрлахаас гадна үндсэн хэсэгт, ялангуяа бүрхүүлийн давхаргын hs < λD үед хэсэгчлэн байрладаг. Поэтому суваг проводимости располагается не только внутри оболочечного слоя, гэхдээ и частично в сердцевинной части, особенно при hs < λD оболочечного слоя. Иймээс дамжуулах суваг нь зөвхөн бүрхүүлийн давхарга дотор биш, харин хэсэгчлэн гол хэсэгт, ялангуяа бүрхүүлийн давхаргын hs < λD-д байрладаг.因此，传导通道不仅位于壳层内部，而且部分位于芯部漌尤其是当壳层 hs < λD 时。 Поэтому канал проводимости располагается не только внутри оболочки, гэхдээ и частично в сердцевине, особенно при hs < λD оболочки. Иймээс дамжуулах суваг нь зөвхөн бүрхүүлийн дотор биш, харин хэсэгчлэн цөмд, ялангуяа бүрхүүлийн hs < λD хэсэгт байрладаг.Энэ тохиолдолд бүрэн шавхагдсан электрон бүрхүүл болон хэсэгчлэн шавхагдсан үндсэн давхарга хоёулаа CSHN-ийн эсэргүүцлийг бүхэлд нь өөрчлөхөд тусалдаг бөгөөд үүний үр дүнд цахилгаан талбайн сүүлний нөлөө үүсдэг (Зураг 8b).Бусад зарим судалгаанууд hs эффектийг шинжлэхдээ цахилгаан талбайн сүүлний оронд EDL эзлэхүүний фракцын ойлголтыг ашигласан байдаг100,148.Эдгээр хоёр хувь нэмрийг харгалзан үзэхэд CSHN-ийн эсэргүүцлийн нийт модуляц нь 8в-р зурагт үзүүлсэн шиг hs бүрхүүлийн λD-тай харьцуулах боломжтой үед хамгийн их утгад хүрдэг.Тиймээс CSHN-ийн оновчтой hs нь λD бүрхүүлтэй ойролцоо байж болох бөгөөд энэ нь туршилтын ажиглалт99,144,145,146,149-тэй нийцэж байна.Хэд хэдэн судалгаагаар hs нь CSHN-д суурилсан pn-гетеро холболтын мэдрэгчийн мэдрэмжид нөлөөлж болохыг харуулсан40,148.Ли нар.148 болон Bai et al.40 бүрээсийн ALD циклийг өөрчилснөөр TiO2@CuO болон ZnO@NiO зэрэг pn-гетерохолболтын CSHN мэдрэгчийн гүйцэтгэлд hs-ийн нөлөөг системтэйгээр судалсан.Үүний үр дүнд мэдрэхүйн зан байдал p-төрлөөс n-төрөл болж өөрчлөгдсөн бөгөөд hs40,148 нэмэгдсэн байна.Энэ зан үйл нь эхэндээ (хязгаарлагдмал тооны ALD мөчлөгтэй) гетероструктурыг өөрчлөгдсөн гетеронано бүтэц гэж үзэж болохтой холбоотой юм.Тиймээс дамжуулах суваг нь үндсэн давхарга (p-type MOSFET) -ээр хязгаарлагддаг бөгөөд мэдрэгч нь p-type илрүүлэх зан үйлийг харуулдаг.ALD-ийн мөчлөгийн тоо нэмэгдэхийн хэрээр бүрхүүлийн давхарга (n-type MOSFET) бараг тасралтгүй болж, дамжуулагч сувгийн үүрэг гүйцэтгэснээр n төрлийн мэдрэмжтэй болдог.Мэдрэхүйн шилжилтийн ижил төстэй зан үйлийг pn салаалсан гетеронано бүтцийн хувьд 150,151 гэж мэдээлсэн.Жоу нар.150 нь Mn3O4 нано утасны гадаргуу дээрх Zn2SnO4 агуулгыг хянах замаар Zn2SnO4@Mn3O4 салаалсан гетеронано бүтцийн мэдрэмжийг судалсан.Mn3O4 гадаргуу дээр Zn2SnO4 цөм үүсэхэд p төрлийн мэдрэмж ажиглагдсан.Zn2SnO4-ийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр салаалсан Zn2SnO4@Mn3O4 гетеронано бүтцэд суурилсан мэдрэгч нь n төрлийн мэдрэгч рүү шилждэг.
CS нано утаснуудын хоёр үйлдэлт мэдрэгчийн механизмын концепцийн тайлбарыг үзүүлэв.a Электроны хомсдолтой бүрхүүлийн радиаль модуляцаас шалтгаалсан эсэргүүцлийн модуляц, b Эсэргүүцлийн модуляцад түрхэц үзүүлэх сөрөг нөлөө, c Хоёр нөлөөний хослолын улмаас CS нано утаснуудын нийт эсэргүүцлийн модуляц 40
Дүгнэж хэлэхэд II төрлийн мэдрэгчүүд нь олон төрлийн шаталсан нано бүтцийг агуулдаг бөгөөд мэдрэгчийн гүйцэтгэл нь дамжуулагч сувгуудын зохион байгуулалтаас ихээхэн хамаардаг.Иймд мэдрэгчийн дамжуулах сувгийн байрлалыг хянах, II төрлийн мэдрэгчийн өргөтгөсөн мэдрэгч механизмыг судлахын тулд тохирох гетеронано бүтэцтэй MOS загварыг ашиглах нь маш чухал юм.
III төрлийн мэдрэгчийн бүтэц нь тийм ч түгээмэл биш бөгөөд дамжуулагч суваг нь хоёр электродтой холбосон хоёр хагас дамжуулагчийн хооронд үүссэн гетеро холболт дээр суурилдаг.Төхөөрөмжийн өвөрмөц бүтцийг ихэвчлэн микромашингийн техникээр олж авдаг бөгөөд тэдгээрийн мэдрэх механизм нь өмнөх хоёр мэдрэгчийн бүтцээс эрс ялгаатай байдаг.III төрлийн мэдрэгчийн IV муруй нь ихэвчлэн гетеролцол үүсэхээс шалтгаалж засах ердийн шинж чанарыг харуулдаг48,152,153.Тохиромжтой гетеролцолын I-V шинж чанарын муруйг гетероид холболтын саадын өндөрт электрон ялгаруулах термион механизмаар тодорхойлж болно152,154,155.
Энд Va - хэвийсэн хүчдэл, А - төхөөрөмжийн талбай, k - Больцманы тогтмол, T - үнэмлэхүй температур, q - тээвэрлэгчийн цэнэг, Jn ба Jp - нүх ба электрон диффузийн гүйдлийн нягт.IS нь 152,154,155 гэж тодорхойлсон урвуу ханалтын гүйдлийг илэрхийлнэ.
Иймээс pn гетеролцоны нийт гүйдэл нь (3) ба (4) 156-р тэгшитгэлд үзүүлсэн шиг цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентрацийн өөрчлөлт болон гетеролцоны саадын өндрийн өөрчлөлтөөс хамаарна.
Энд nn0 ба pp0 нь n төрлийн (p төрлийн) MOS дахь электронуудын (нүх) концентраци, \(V_{bi}^0\) нь суурилагдсан потенциал, Dp (Dn) нь тархалтын коэффициент юм. электронууд (нүхнүүд), Ln (Lp) нь электронуудын (нүхний) тархалтын урт, ΔEv (ΔEc) нь гетерогцолцонд валентын зурвасын (дамжуулагчийн зурвас) энергийн шилжилт юм.Хэдийгээр одоогийн нягт нь зөөгч нягттай пропорциональ боловч \(V_{bi}^0\)-тай экспоненциал урвуу пропорциональ байна.Тиймээс гүйдлийн нягтын ерөнхий өөрчлөлт нь гетеролцоны саадын өндрийн модуляцаас ихээхэн хамаардаг.
Дээр дурьдсанчлан, гетеро-нано бүтэцтэй MOSFET-ийг (жишээлбэл, I ба II төрлийн төхөөрөмжүүд) бий болгосноор бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс илүү мэдрэгчийн ажиллагааг мэдэгдэхүйц сайжруулж чадна.III төрлийн төхөөрөмжүүдийн хувьд гетеронаноструктурын хариу урвал нь материалын химийн найрлагаас хамааран хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс48,153 эсвэл нэг бүрэлдэхүүн хэсгээс76 өндөр байж болно.Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн аль нэг нь зорилтот хийд мэдрэмтгий биш байх үед гетеронано бүтцийн хариу үйлдэл нь нэг бүрэлдэхүүн хэсгийнхээс хамаагүй өндөр болохыг хэд хэдэн тайлан харуулж байна48,75,76,153.Энэ тохиолдолд зорилтот хий нь зөвхөн мэдрэмтгий давхаргатай харилцан үйлчилж, мэдрэмтгий давхаргын Ef-ийн шилжилтийг үүсгэж, гетерогцолтын саадын өндрийг өөрчлөхөд хүргэдэг.Дараа нь төхөөрөмжийн нийт гүйдэл нь тэгшитгэлийн дагуу гетерогцолтын саадын өндөртэй урвуу хамааралтай тул мэдэгдэхүйц өөрчлөгдөх болно.(3) ба (4) 48,76,153.Гэсэн хэдий ч, n-төрөл ба p-төрлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь зорилтот хийд мэдрэмтгий байх үед илрүүлэх гүйцэтгэл нь хаа нэгтээ байж болно.Хосе нар 76 шүрших замаар сүвэрхэг NiO/SnO2 хальстай NO2 мэдрэгч гаргаж авсан ба мэдрэгчийн мэдрэмж нь зөвхөн NiO дээр суурилсан мэдрэгчээс өндөр, харин SnO2 дээр суурилсан мэдрэгчээс бага байгааг олж тогтоосон.мэдрэгч.Энэ үзэгдэл нь SnO2 ба NiO нь NO276-д эсрэг хариу үйлдэл үзүүлдэгтэй холбоотой юм.Түүнчлэн, хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг нь хийн мэдрэмжтэй өөр өөр байдаг тул исэлдүүлэх, багасгах хийг илрүүлэх ижил хандлагатай байж болно.Жишээлбэл, Kwon et al.157 зураг 9a-д үзүүлсэн шиг ташуу цацах замаар NiO/SnO2 pn-гетерогцолтын хийн мэдрэгчийг санал болгосон.Сонирхолтой нь, NiO/SnO2 pn-гетеро холболтын мэдрэгч нь H2 ба NO2-ийн хувьд ижил мэдрэмжийн хандлагыг харуулсан (Зураг 9a).Энэ үр дүнг шийдвэрлэхийн тулд Kwon et al.157 нь NO2 ба H2 зөөвөрлөгчийн концентрацийг хэрхэн өөрчилдөгийг системтэйгээр судалж, IV-шинж чанар болон компьютерийн симуляцийг ашиглан хоёуланг нь \(V_{bi}^0\) тохируулсан (Зураг 9bd).Зураг 9b ба c нь p-NiO (pp0) ба n-SnO2 (nn0) дээр үндэслэн H2 ба NO2 мэдрэгчийн зөөвөрлөгчийн нягтыг өөрчлөх чадварыг харуулж байна.Тэд p төрлийн NiO-ийн pp0 нь NO2 орчинд бага зэрэг өөрчлөгдсөн бол H2 орчинд эрс өөрчлөгдсөнийг харуулсан (Зураг 9б).Харин n төрлийн SnO2-ийн хувьд nn0 нь эсрэгээрээ ажилладаг (Зураг 9c).Эдгээр үр дүнд үндэслэн зохиогчид NiO/SnO2 pn гетерогцолцонд суурилсан мэдрэгч дээр H2-ийг хэрэглэх үед nn0-ийн өсөлт нь Jn-ийн өсөлтөд хүргэсэн бөгөөд \(V_{bi}^0\) хариу урвал буурах (зураг 9d).NO2-д өртсөний дараа SnO2 дахь nn0 их хэмжээгээр буурч, NiO дахь pp0 бага зэрэг нэмэгдэх нь \(V_{bi}^0\) их хэмжээгээр буурахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь мэдрэхүйн хариу урвалын өсөлтийг баталгаажуулдаг (Зураг 9d). ) 157 Дүгнэж хэлэхэд, тээвэрлэгчдийн концентрацийн өөрчлөлт ба \(V_{bi}^0\) нь нийт гүйдлийн өөрчлөлтөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь цаашид илрүүлэх чадварт нөлөөлдөг.
Хийн мэдрэгчийн мэдрэгч механизм нь III төрлийн төхөөрөмжийн бүтцэд суурилдаг.Сканнерийн электрон микроскоп (SEM) хөндлөн огтлолын зураг, p-NiO/n-SnO2 нано ороомгийн төхөөрөмж болон мэдрэгчийн шинж чанарууд p-NiO/n-SnO2 нано ороомгийн гетеролчлолын мэдрэгчийг 200°С температурт H2 ба NO2;b , c-төхөөрөмжийн хөндлөн огтлолын SEM, p-NiO b давхарга ба n-SnO2 c давхарга бүхий төхөөрөмжийн симуляцийн үр дүн.b p-NiO мэдрэгч ба c n-SnO2 мэдрэгч нь хуурай агаарт болон H2 ба NO2-д өртсөний дараа I-V шинж чанарыг хэмжиж, тааруулдаг.p-NiO дахь b-нүхний нягтын хоёр хэмжээст зураг, n-SnO2 давхарга дахь c-электронуудын зураглалыг өнгөт масштабтай Sentaurus TCAD программ ашиглан загварчилсан.d Хуурай агаар дахь p-NiO/n-SnO2, хүрээлэн буй орчин дахь H2 ба NO2157-ийн 3 хэмжээст зургийг харуулсан загварчлалын үр дүн.
Материалын химийн шинж чанараас гадна III төрлийн төхөөрөмжийн бүтэц нь өөрөө ажилладаг хийн мэдрэгчийг бий болгох боломжийг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь I ба II төрлийн төхөөрөмжүүдэд боломжгүй юм.Төрөлхийн цахилгаан талбар (BEF) учраас pn гетерогцолтын диодын бүтцийг ихэвчлэн фотоволтайк төхөөрөмж барихад ашигладаг бөгөөд өрөөний температурт гэрэлтдэг 74,158,159,160,161 өөрөө ажилладаг фотоэлектрик хийн мэдрэгч үйлдвэрлэх боломжийг харуулдаг.Материалын ферми түвшний зөрүүгээс үүссэн гетероинтерфэйс дэх BEF нь электрон нүхний хосыг салгахад хувь нэмэр оруулдаг.Өөрөө ажилладаг фотоволтайк хийн мэдрэгчийн давуу тал нь гэрэлтүүлэгч гэрлийн энергийг шингээж, улмаар гадны эрчим хүчний эх үүсвэргүйгээр өөрийгөө болон бусад жижиг төхөөрөмжүүдийг удирдаж чаддаг тул бага эрчим хүч зарцуулдаг.Жишээлбэл, Танума, Сугияма162 нар SnO2-д суурилсан поликристал CO2 мэдрэгчийг идэвхжүүлэхийн тулд NiO/ZnO pn гетерогцолцоог нарны зай болгон бүтээжээ.Гад нар.74-д Si / ZnO@CdS pn гетеро холболт дээр суурилсан өөрөө ажилладаг фотоволтайк хийн мэдрэгчийг 10а-д үзүүлсэн шиг мэдээлсэн.Босоо чиглэлтэй ZnO нано утсыг р хэлбэрийн цахиурын субстрат дээр шууд ургуулж Si/ZnO pn гетерогцолцыг үүсгэсэн.Дараа нь CdS нано хэсгүүдийг ZnO нано утасны гадаргуу дээр химийн гадаргуугийн өөрчлөлтөөр өөрчилсөн.Зураг дээр.10a нь O2 болон этилийн спиртийн Si/ZnO@CdS мэдрэгчийн хариуны офлайн үр дүнг харуулж байна.Гэрэлтүүлгийн дор Si/ZnO гетероинтерфэйс дэх BEP-ийн үед электрон нүхний хос хуваагдсанаас үүдэлтэй задгай хэлхээний хүчдэл (Voc) холбогдсон диодын тоогоор шугаман нэмэгддэг74,161.Voc-ийг тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.(5) 156,
Энд ND, NA, Ni нь донор, акцептор, дотоод тээвэрлэгчдийн концентраци бөгөөд k, T, q нь өмнөх тэгшитгэлтэй ижил параметрүүд юм.Исэлдүүлэгч хийд өртөх үед тэд ZnO нано утаснаас электрон гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь \(N_D^{ZnO}\) болон Voc-ийн бууралтад хүргэдэг.Үүний эсрэгээр, хийн бууралт нь Voc-ийн өсөлтөд хүргэсэн (Зураг 10a).ZnO-г CdS нано бөөмсөөр чимэглэх үед CdS нано бөөмс дэх фото өдөөгдсөн электронууд нь ZnO-ийн дамжуулалтын зурваст шахагдаж, шингэсэн хийтэй харилцан үйлчилдэг бөгөөд ингэснээр ойлголтын үр ашгийг нэмэгдүүлдэг74,160.Si / ZnO дээр суурилсан ижил төстэй өөрөө ажилладаг фотоволтайк хийн мэдрэгчийг Hoffmann et al.160, 161 (Зураг 10б).Энэхүү мэдрэгчийг ажлын функцийг тохируулахын тулд амин функцтэй ZnO нано хэсгүүд ([3-(2-аминоэтиламино)пропил]триметоксисилан) (амин функциональжуулсан-SAM) ба тиол ((3-меркаптопропил) функционалжуулсан шугамыг ашиглан бэлтгэж болно. NO2 (триметоксисилан)-ыг сонгон илрүүлэх зорилтот хийн (тиол функциональжуулсан-SAM)) (Зураг 10б) 74,161.
III төрлийн төхөөрөмжийн бүтцэд суурилсан өөрөө ажилладаг фотоэлектрик хийн мэдрэгч.Si/ZnO@CdS дээр суурилсан өөрөө ажилладаг фотоволтайк хийн мэдрэгч, нарны гэрлийн дор исэлдүүлсэн (O2) ба бууруулсан (1000 ppm этилийн спирт) хийд хариу үйлдэл үзүүлэх өөрөө мэдрэгчтэй механизм ба мэдрэгч;74b Si ZnO/ZnO мэдрэгч дээр суурилсан өөрөө ажилладаг фотоволтайк хийн мэдрэгч ба ZnO SAM-ийг терминал амин ба тиолоор ажиллуулсны дараа янз бүрийн хийд үзүүлэх мэдрэгчийн хариу үйлдэл 161
Тиймээс III төрлийн мэдрэгчийн мэдрэмтгий механизмын талаар ярихдаа гетерогцолтын саадын өндрийн өөрчлөлт, хийн тээвэрлэгчийн концентрацид нөлөөлөх чадварыг тодорхойлох нь чухал юм.Нэмж дурдахад гэрэлтүүлэг нь хийтэй урвалд ордог фото үүсгэсэн зөөвөрлөгчийг үүсгэж чаддаг бөгөөд энэ нь өөрөө ажилладаг хий илрүүлэх ирээдүйтэй юм.
Энэхүү уран зохиолын тоймд дурдсанчлан мэдрэгчийн ажиллагааг сайжруулахын тулд олон төрлийн MOS гетеронано бүтцийг бий болгосон.Web of Science мэдээллийн сангаас янз бүрийн түлхүүр үгс (металл ислийн нийлмэл материал, үндсэн бүрээсийн металл исэл, давхаргат металл исэл, өөрөө ажилладаг хийн анализатор) болон ялгарах шинж чанаруудыг (элбэг, мэдрэмж/сонгомж, эрчим хүч үйлдвэрлэх боломж, үйлдвэрлэл) хайсан. .Арга Эдгээр гурван төхөөрөмжийн гурвын шинж чанарыг Хүснэгт 2-т үзүүлэв. Өндөр хүчин чадалтай хийн мэдрэгчийн дизайны ерөнхий үзэл баримтлалыг Yamazoe-ийн санал болгосон гурван гол хүчин зүйлд дүн шинжилгээ хийх замаар авч үзсэн болно.MOS гетероструктур мэдрэгчийн механизмууд Хийн мэдрэгчүүдэд нөлөөлж буй хүчин зүйлсийг ойлгохын тулд MOS-ийн янз бүрийн параметрүүдийг (жишээ нь, мөхлөгийн хэмжээ, ажиллах температур, согог ба хүчилтөрөгчийн сул орон зай, нээлттэй талст хавтгай) сайтар судалсан.Мэдрэгчийн мэдрэх чадварт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг төхөөрөмжийн бүтцийг үл тоомсорлож, бараг хэлэлцдэггүй.Энэхүү тойм нь гурван төрлийн төхөөрөмжийн бүтцийг илрүүлэх үндсэн механизмуудыг авч үзэх болно.
I төрлийн мэдрэгч дэх мэдрэгчийн материалын ширхэгийн хэмжээ, үйлдвэрлэлийн арга, гетерогцолтын тоо нь мэдрэгчийн мэдрэмжинд ихээхэн нөлөөлдөг.Үүнээс гадна мэдрэгчийн зан төлөвт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молийн харьцаа нөлөөлдөг.II төрлийн төхөөрөмжийн бүтэц (гоёл чимэглэлийн гетеронано бүтэц, хоёр давхарга эсвэл олон давхаргат хальс, HSSN) нь хоёр ба түүнээс дээш бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэх хамгийн алдартай төхөөрөмжийн бүтэц бөгөөд зөвхөн нэг бүрэлдэхүүн хэсэг нь электродтой холбогддог.Энэхүү төхөөрөмжийн бүтцийн хувьд дамжуулах сувгийн байршил, тэдгээрийн харьцангуй өөрчлөлтийг тодорхойлох нь ойлголтын механизмыг судлахад маш чухал юм.2-р төрлийн төхөөрөмжүүд нь олон янзын шаталсан гетеронанобүтэцүүдийг агуулдаг тул мэдрэхүйн олон янзын механизмуудыг санал болгосон.III төрлийн мэдрэхүйн бүтцэд дамжуулагч суваг нь гетеролзлол дээр үүссэн гетеро холболт давамгайлдаг бөгөөд мэдрэхүйн механизм нь огт өөр байдаг.Иймээс зорилтот хий III төрлийн мэдрэгчийн нөлөөлөлд өртсөний дараа гетерогцолтын саадын өндрийн өөрчлөлтийг тодорхойлох нь чухал юм.Энэхүү дизайны тусламжтайгаар цахилгаан зарцуулалтыг багасгахын тулд өөрөө ажилладаг фотоволтайк хийн мэдрэгчийг хийж болно.Гэсэн хэдий ч одоогийн үйлдвэрлэх үйл явц нь нэлээд төвөгтэй бөгөөд мэдрэмж нь уламжлалт MOS-д суурилсан химийн эсэргүүцэлтэй хийн мэдрэгчээс хамаагүй доогуур байгаа тул өөрөө ажилладаг хийн мэдрэгчийн судалгаанд ахиц дэвшил гарсаар байна.
Шаталсан гетеронано бүтэц бүхий хийн MOS мэдрэгчийн гол давуу тал нь хурд, өндөр мэдрэмж юм.Гэсэн хэдий ч MOS-ийн хийн мэдрэгчийн зарим гол асуудлууд (жишээлбэл, өндөр температур, удаан хугацааны тогтвортой байдал, сонгомол чанар, нөхөн үржих чадвар муу, чийгшлийн нөлөө гэх мэт) байсаар байгаа бөгөөд тэдгээрийг практик хэрэглээнд ашиглахаас өмнө шийдвэрлэх шаардлагатай байна.Орчин үеийн MOS хийн мэдрэгч нь ихэвчлэн өндөр температурт ажилладаг бөгөөд маш их эрчим хүч зарцуулдаг бөгөөд энэ нь мэдрэгчийн урт хугацааны тогтвортой байдалд нөлөөлдөг.Энэ асуудлыг шийдэх хоёр нийтлэг арга байдаг: (1) бага чадлын мэдрэгчийн чипийг хөгжүүлэх;(2) бага температурт эсвэл өрөөний температурт ажиллах боломжтой шинэ эмзэг материалыг хөгжүүлэх.Бага чадлын мэдрэгчтэй чипийг хөгжүүлэх нэг арга бол керамик болон цахиурын163 дээр суурилсан бичил халаах хавтанг үйлдвэрлэх замаар мэдрэгчийн хэмжээг багасгах явдал юм.Керамик суурьтай бичил халаалтын хавтан нь мэдрэгч бүрт ойролцоогоор 50-70 мВ зарцуулдаг бол оновчтой болгосон цахиурт суурилсан бичил халаалтын хавтан нь 300 °C-т тасралтгүй ажиллах үед мэдрэгч бүрт 2 мВт-аас багагүй эрчим хүч зарцуулдаг.163,164.Мэдрэгчийн шинэ материалыг хөгжүүлэх нь ажлын температурыг бууруулж эрчим хүчний хэрэглээг багасгах үр дүнтэй арга бөгөөд мэдрэгчийн тогтвортой байдлыг сайжруулж чадна.Мэдрэгчийн мэдрэмжийг нэмэгдүүлэхийн тулд MOS-ийн хэмжээ багассаар байгаа тул MOS-ийн дулааны тогтвортой байдал нь илүү сорилт болж, мэдрэгчийн дохионд шилжихэд хүргэдэг165.Үүнээс гадна өндөр температур нь гетероинтерфэйс дэх материалын тархалтыг дэмжиж, мэдрэгчийн электрон шинж чанарт нөлөөлдөг холимог фазыг үүсгэдэг.Тохиромжтой мэдрэгч материалыг сонгож, MOS гетеронано бүтцийг бий болгосноор мэдрэгчийн ажлын оновчтой температурыг бууруулж болно гэж судлаачид мэдээлж байна.Өндөр талстлаг MOS гетеронано бүтцийг үйлдвэрлэх бага температурын аргыг хайх нь тогтвортой байдлыг сайжруулах өөр нэг ирээдүйтэй арга юм.
MOS мэдрэгчийн сонгомол байдал нь өөр өөр хийнүүд нь зорилтот хийтэй зэрэгцэн оршдог тул MOS мэдрэгч нь ихэвчлэн нэгээс олон хийд мэдрэмтгий байдаг бөгөөд ихэвчлэн хөндлөн мэдрэмтгий байдаг.Тиймээс зорилтот хий болон бусад хий рүү мэдрэгчийг сонгох чадварыг нэмэгдүүлэх нь практик хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой юм.Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд сургалтын векторын квантжуулалт (LVQ), үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шинжилгээ (PCA) гэх мэт тооцооллын шинжилгээний алгоритмуудтай хослуулан "цахим хамар (E-хамар)" гэж нэрлэгддэг хийн мэдрэгчийн массивыг бий болгох замаар сонголтыг хэсэгчлэн шийдсэн. гэх мэт e.Бэлгийн асуудал.Хэсэгчилсэн хамгийн бага квадратууд (PLS) гэх мэт. 31, 32, 33, 34. Цахим хамрын чадварыг сайжруулахад хоёр үндсэн хүчин зүйл (мэдрэхүйн материалын төрөлтэй нягт холбоотой мэдрэгчийн тоо ба тооцооллын шинжилгээ) чухал үүрэгтэй. хий тодорхойлох169.Гэсэн хэдий ч мэдрэгчийн тоог нэмэгдүүлэх нь ихэвчлэн олон нарийн төвөгтэй үйлдвэрлэлийн процессуудыг шаарддаг тул электрон хамрын ажиллагааг сайжруулах энгийн аргыг олох нь маш чухал юм.Нэмж дурдахад, MOS-ийг бусад материалаар өөрчлөх нь мэдрэгчийн сонгох чадварыг нэмэгдүүлэх боломжтой.Жишээлбэл, NP Pd-ээр өөрчилсөн MOS-ийн сайн катализаторын идэвхжилийн ачаар H2-ийг сонгон илрүүлэх боломжтой.Сүүлийн жилүүдэд зарим судлаачид хэмжээ хасалт171,172 дамжуулан мэдрэгч сонгох чадварыг сайжруулахын тулд MOS MOF гадаргууг бүрсэн байна.Энэхүү бүтээлээс урам зориг авсан материалын функционалчлал нь сонгомол байдлын асуудлыг ямар нэгэн байдлаар шийдэж магадгүй юм.Гэсэн хэдий ч зөв материалыг сонгохын тулд маш их ажил хийх шаардлагатай байна.
Ижил нөхцөл, аргаар үйлдвэрлэсэн мэдрэгчийн шинж чанарыг давтах чадвар нь томоохон хэмжээний үйлдвэрлэл, практик хэрэглээнд тавигдах бас нэг чухал шаардлага юм.Ихэвчлэн центрифуг ба дүрэх аргууд нь өндөр хүчин чадалтай хийн мэдрэгч үйлдвэрлэхэд хямд өртөгтэй арга юм.Гэсэн хэдий ч эдгээр процессуудын явцад мэдрэмтгий материал нэгдэх хандлагатай байдаг ба мэдрэмтгий материал ба субстрат хоорондын хамаарал суларч68, 138, 168. Үүний үр дүнд мэдрэгчийн мэдрэмж, тогтвортой байдал мэдэгдэхүйц доройтож, гүйцэтгэл нь дахин давтагдах боломжтой болдог.Шүрших, ALD, импульс лазерын хуримтлал (PLD), физик уурын хуримтлал (PVD) зэрэг үйлдвэрлэлийн бусад аргууд нь хээтэй цахиур эсвэл хөнгөн цагааны субстрат дээр хоёр давхаргат эсвэл олон давхаргат MOS хальсыг шууд үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.Эдгээр техникүүд нь мэдрэмтгий материал хуримтлагдахаас сэргийлж, мэдрэгчийг дахин үйлдвэрлэх чадварыг баталгаажуулж, хавтгай нимгэн хальсан мэдрэгчийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх боломжийг харуулдаг.Гэсэн хэдий ч эдгээр хавтгай хальснуудын мэдрэг чанар нь 3D нано бүтэцтэй материалаас хамаагүй бага байдаг нь тодорхой гадаргуугийн талбай бага, хийн нэвчилт багатай байдаг41,174.Бүтэцлэгдсэн бичил массивуудын тодорхой байршилд MOS гетеронано бүтцийг ургуулах, мэдрэмтгий материалын хэмжээ, зузаан, морфологийг нарийн хянах шинэ стратеги нь дахин давтагдах, мэдрэг чанар сайтай вафель түвшний мэдрэгчийг хямд өртөгтэй үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм.Жишээлбэл, Liu et al.174 нь тодорхой байршилд Ni(OH)2 нанован ханыг ургах замаар өндөр хүчин чадалтай талстыг үйлдвэрлэх дээд ба доороос дээш хосолсон стратегийг санал болгосон..Бичил шарагчдад зориулсан вафель.
Үүнээс гадна практик хэрэглээнд чийгшлийн мэдрэгч дээр үзүүлэх нөлөөг авч үзэх нь чухал юм.Усны молекулууд нь мэдрэгчийн материал дахь шингээлтийн талбайн хувьд хүчилтөрөгчийн молекулуудтай өрсөлдөж, зорилтот хийн мэдрэгчийн үүрэг хариуцлагыг бууруулдаг.Хүчилтөрөгчийн нэгэн адил ус нь физик сорбцоор молекулын үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд химисорбцоор янз бүрийн исэлдэлтийн станцуудад гидроксил радикал эсвэл гидроксил бүлэг хэлбэрээр оршиж болно.Түүнчлэн хүрээлэн буй орчны өндөр түвшин, хувьсах чийгшилтэй тул зорилтот хий рүү мэдрэгч найдвартай хариу үйлдэл үзүүлэх нь том асуудал юм.Энэ асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд хийн урьдчилан баяжуулах177, чийгийн нөхөн олговор, хөндлөн реактив торны аргууд178, мөн хатаах арга179,180 зэрэг хэд хэдэн стратеги боловсруулсан.Гэсэн хэдий ч эдгээр аргууд нь үнэтэй, нарийн төвөгтэй бөгөөд мэдрэгчийн мэдрэмжийг бууруулдаг.Чийгийн нөлөөг дарах хэд хэдэн хямд стратегийг санал болгосон.Жишээлбэл, SnO2-ийг Pd нано бөөмсөөр чимэглэх нь шингэсэн хүчилтөрөгчийг анионы тоосонцор болгон хувиргахад тусалдаг бол SnO2-г NiO, CuO зэрэг усны молекулуудтай өндөр хамааралтай материалаар ажиллуулах нь усны молекулуудаас чийгийн хамаарлаас сэргийлэх хоёр арга юм..Мэдрэгч 181, 182, 183. Үүнээс гадна чийгийн нөлөөллийг гидрофобик материалыг ашиглан гидрофобик гадаргуу үүсгэх замаар мөн багасгаж болно36,138,184,185.Гэсэн хэдий ч чийгэнд тэсвэртэй хийн мэдрэгчийг хөгжүүлэх ажил эхний шатандаа байгаа бөгөөд эдгээр асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд илүү дэвшилтэт стратеги шаардлагатай байна.
Дүгнэж хэлэхэд, MOS-ийн гетеронано бүтцийг бий болгосноор илрүүлэх гүйцэтгэлийн сайжруулалт (мэдрэмж, сонгомол чанар, үйл ажиллагааны хамгийн оновчтой температур бага) болж, илрүүлэх янз бүрийн сайжруулсан механизмуудыг санал болгосон.Тодорхой мэдрэгчийн мэдрэгч механизмыг судлахдаа төхөөрөмжийн геометрийн бүтцийг бас анхаарч үзэх хэрэгтэй.Хийн мэдрэгчийн ажиллагааг цаашид сайжруулах, ирээдүйд тулгарч буй сорилтуудыг шийдвэрлэхийн тулд шинэ мэдрэгч материалын судалгаа, үйлдвэрлэлийн дэвшилтэт стратегийн судалгаа хийх шаардлагатай болно.Мэдрэгчийн шинж чанарыг хянахын тулд мэдрэгчийн материалын синтетик арга ба гетеронано бүтцийн үйл ажиллагааны хоорондын хамаарлыг системтэйгээр бий болгох шаардлагатай.Нэмж дурдахад орчин үеийн шинж чанарыг тодорхойлох аргуудыг ашиглан гадаргуугийн урвал, гетероид интерфэйсийн өөрчлөлтийг судлах нь тэдгээрийн ойлголтын механизмыг тодруулах, гетеронано бүтэцтэй материал дээр суурилсан мэдрэгчийг хөгжүүлэх зөвлөмж өгөхөд тусална.Эцэст нь орчин үеийн мэдрэгч үйлдвэрлэх стратегийг судлах нь жижиг хийн мэдрэгчийг вафель түвшинд үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд ашиглах боломжийг олгоно.
Genzel, NN et al.Хот суурин газрын астма өвчтэй хүүхдүүдийн доторх азотын давхар ислийн түвшин ба амьсгалын замын шинж тэмдгүүдийн уртын судалгаа.хөрш.Эрүүл мэндийн хэтийн төлөв.116, 1428–1432 (2008).
Шуудангийн цаг: 2022 оны 11-р сарын 04-ний өдөр
