使用传感器检测气体
通常使用气体传感器来监测环境污染并检测少量可燃或易爆气体。监测医疗环境、工业过程和农业中的气体、湿度和水分是其功能的关键部分。
气体传感器可分为光学、声学、色谱和量热系统。制造可靠和低成本的气体传感器，特别是在室温下，是一个重大的科学和技术问题;然而，半导体材料的进步正在帮助克服这些挑战。
金属氧化物
金属氧化物是众所周知的半导体氧化物，是制造传感器最常用的材料。Brattain 和 Bardeen 于 1952 年首次报道了对锗的气敏效应。它是第一个被用作对气体敏感的材料的半导体。一些例子是Sm掺杂的CoFe2O4、Sr掺杂的Fe2O3和Nb掺杂的TiO2，它们都是具有增强传感特性的金属氧化物。
使用由金属氧化物制成的半导体作为气体传感器具有优势，包括成本低、易于使用以及能够检测多种气体，包括易燃或危险的气体。
基于金属氧化物的气体传感器由于灵敏度或检测限低和选择性差，无法检测到较低的气体浓度，而其高功耗和高工作温度使其不适合特定应用。
导电聚合物
对于气体传感器，导电聚合物(有时称为本征导电聚合物)已连续用作活性层，并且仍在研究潜在的气体传感应用。这些包括聚吡咯 (PPy)、聚苯胺 (PANI) 和聚 (3,4-乙烯二氧噻吩)。
在室温下并具有良好的机械性能，导电聚合物可用作气敏材料。
长期不稳定性、不可逆性和有限的选择性是广泛实际实施的主要缺点。由于传感器响应随着时间的推移而下降，这是一个无法逆转的过程，因此导电聚合物传感器的使用寿命有限。
碳纳米管
碳纳米管经常用于气体传感器结构中。例如，单壁碳纳米管 (SWCNT) 已用于形成单片传感器设计。有时，多壁碳纳米管 (MWCNT) 会制成多个薄片，其中只有最外层的原子负责传感器响应。
纳米管具有较高的表面和体积比，这使其成为气体传感应用的理想选择，并具有出色的化学和机械稳定性。
然而，化学反应性气体如NH3和NO2会影响CNT，并且由于缺乏技术进步，它们的商业化受到阻碍。这些纳米管既昂贵又复杂，因为很难连续生产它们而没有任何缺陷。
半导体材料在气体传感器和应用中的用途
许多传感器根据其物质进行分类;例如，氧化物传感器通常用于汽车。
与燃烧相关的化学品是最常见的监测气体类型。因此，风门系统配备了测量“外部空气质量水平”的CO 和 NO2传感器。此外，安装在乘用车车厢内的传感系统可以检测食物气味、香烟烟雾或生物排放物等气体，以确定“内部空气质量水平”，从而需要更先进的气候管理理念。
金属氧化物传感器经常用于汽车气体传感器。市售的基于金属氧化物的传感器被宣传为“最小的选择性气体传感器”，适用于交通、航空航天和汽车应用中的空气质量监测。
碳纳米管 (CNT) 的大结构孔隙率和比表面积使其成为化石燃料燃烧中气体传感器的有吸引力的候选者。CNT 侧壁和端盖包括能够吸附气体的缺陷。
由于用于制造碳纳米管的纯化和分散操作，在碳纳米管表面形成了各种化学基团，增加了它们吸收气体分子的能力，从而提高了它们对气体检测方法的灵敏度。
设计半导体气体传感器的挑战
为了推进半导体气体传感器的创新，有几个研究课题值得解决。由金属氧化物半导体制成的传感器可以在温度调制和等温状态下运行，其中温度控制电路变得更加困难。后者提供对时间回复模式的视觉，区分不同的分析物，使温度控制电路更加困难。
接口电路设计是要求最高的组件之一，因为它必须管理气体传感元件的精度和动态范围，并调整传感材料的基线电阻漂移。
为了实现最佳操作，单独的加热元件用于加热大多数气体传感器，使其在远高于环境的温度下工作。这个最后的要求特别成问题。
与工业同类产品相比，可穿戴式气体传感器还面临一些额外的挑战，例如尺寸小、重量轻、工作温度低、各种皮肤变形时的机械耐用性消耗以及低能量。
