Metal-oxide sensors are widely used due to their sensitivities to different types of gaseous, and these sensors are suitable for long-term applications, even in the presence of corrosive environments. However, the microscopic mechanisms with quantum effects, which are required to understand the gas-oxide interactions are not well developed despite the oxide sensors potential applications in numerous fields, namely, medicine (breath-sensors), engineering (gas-sensors) and food processing (odor-sensors). Here, we develop a rigorous theoretical strategy based on the ionization energy theory (IET) to unambiguously explain why and how a certain gas molecule intrinsically prefers a particular oxide surface. We make use of the renormalized ionic displacement polarizability functional derived from the IET to show that the gas/surface interaction strength (sensing sensitivity) between an oxide surface and an isolated gas molecule can be predicted from the polarizability of these two systems. Such predictions are extremely important for the development of health monitoring bio-sensors, as well as to select the most suitable oxide to detect a particular gas with optimum sensitivity.


翻译:金属氧化感应器由于对不同气体的敏感度而被广泛使用,这些感应器即使在有腐蚀性的环境中也适合长期应用,然而,尽管氧化物感应器在许多领域,即医学(呼吸传感器)、工程(气传感器)和食品加工(气传感器)的潜在应用领域,即医学(气传感器)和食品加工(气传感器),但为了解气体氧化物相互作用而需要的量子效应微镜机制尚未充分开发,尽管如此,我们根据离子化能源理论制定了严格的理论战略,以明确解释某种气体分子为什么和如何本质上偏爱特定的氧化物表面。我们利用从国际辐射学年获得的经重新调节的离心分极功能,表明氧化物表面和孤立的气体分子之间的气体/表面相互作用强度(敏感度)可以从这两个系统的极性中预测出来。这种预测对健康监测生物传感器的发展极为重要,对于选择最合适的氧化物来探测具有最佳敏感性的特定气体来说也极为重要。

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