Princípio de funcionamento e aplica??o de sensores de gás semicondutores

Princípio de funcionamento e aplica??o de sensores de gás semicondutores

Os sensores de gás ocupam uma posi??o importante no monitoramento ambiental..

Atualmente, existem muitos métodos para monitoramento de gases por sensores, incluindo: método eletroquímico, cromatografia gasosa, método de condu??o de calor, método de absor??o infravermelha, método de combust?o por contato, método de detec??o por sensores semicondutores, método de fibra óptica, etc. No entanto, considerando o alcance de aplica??o, a popularidade e a praticidade dos materiais, a aplica??o de sensores semicondutores para gases ocupa, sem dúvida, metade do mercado de sensores gasosos.

Primeiro, o que é um sensor de gás semicondutor?

Para entender em detalhes o que é um sensor semicondutor, primeiro precisamos saber o que é um semicondutor.

Semicondutores s?o materiais com condutividade intermediária entre condutores e isolantes à temperatura ambiente. S?o utilizados em circuitos integrados, eletr?nicos de consumo, sistemas de comunica??o, gera??o de energia fotovoltaica, ilumina??o, convers?o de energia de alta potência e outras áreas. Por exemplo, um diodo é um dispositivo feito de semicondutores. Seja do ponto de vista tecnológico ou do desenvolvimento econ?mico, a import?ncia dos semicondutores é imensa.

Em segundo lugar, a classifica??o dos sensores semicondutores.

Os sensores semicondutores incluem sensores de gás n?o resistivos e sensores de gás resistivos.

1. Os sensores de gás n?o resistivos utilizam principalmente alguns efeitos físicos e características do dispositivo para detectar gases, como as características volt-ampère dos diodos Schottky e a varia??o da tens?o de limiar dos transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor.

2. O sensor de gás resistivo utiliza a varia??o de sua resistência para detectar a concentra??o de gás. Este tipo de sensor apresenta vantagens como alta sensibilidade, opera??o conveniente, tamanho reduzido, baixo custo, tempo de resposta e recupera??o curtos, etc. A maioria dos sensores de gás semicondutores comuns no mercado s?o sensores de gás resistivos.

3. Princípio de funcionamento do sensor de gás semicondutor

No vácuo (sem interferência externa), existem muitos elétrons dentro do material semicondutor que podem conduzir eletricidade. Quando o semicondutor entra em contato com o ar, o oxigênio é adsorvido, capturando e fixando esses elétrons. Tomemos como exemplo o monitoramento do metano: nesse estado, se o semicondutor entrar em contato com um gás como o metano, o metano reagirá com o oxigênio, e os elétrons capturados pelo oxigênio recuperar?o sua liberdade e retornar?o ao semicondutor, melhorando sua condutividade elétrica. Esse processo consiste na troca de elétrons entre o oxigênio e o semicondutor. Quando os elétrons s?o fixados pelo oxigênio, a resistência do semicondutor aumenta; quando o metano reage com o oxigênio, ao retornar os elétrons para o semicondutor, a resistência diminui. A varia??o da resistência está relacionada à concentra??o de metano, e o teor de metano correspondente pode ser determinado medindo-se a varia??o da resistência do semicondutor.

Quatro. Quais materiais s?o adequados para sensores de gás semicondutores?

1. As matérias-primas s?o fáceis de obter;

2. Possui boa capacidade de adsor??o de oxigênio e do gás alvo em temperaturas mais baixas, e ambos apresentam boa capacidade de rea??o química, reagindo nessa temperatura. O produto possui boa capacidade de dessor??o;

3. Após a forma??o com outros materiais auxiliares, apresenta boa compatibilidade, estabilidade química e condutividade elétrica adequada em microdefeitos.

Materiais comuns que atendem a essa condi??o s?o dióxido de estanho, óxido de tungstênio, óxido de índio, metastanato de zinco, etc.

Quinto, as perspectivas futuras dos sensores de gás semicondutores.

Dentre as diversas categorias de sensores de gás, os sensores semicondutores se destacam como uma op??o promissora. Isso se deve à extrema simplicidade de seu princípio de funcionamento e processo de detec??o, ou seja, a informa??o do gás pode ser convertida em um sinal elétrico em uma única etapa; à estabilidade do meio de detec??o; e ao custo relativamente baixo. Essas características n?o apenas abrem caminho para o seu desenvolvimento, como também garantem a viabilidade econ?mica de sua futura implanta??o em larga escala.

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