Gas sensor technology is widely utilized in various areas ranging from home security, environment and air pollution, to industrial production. It also hold great promise in non-invasive exhaled breath detection and an essential device in future internet of things. The past decade has witnessed giant advance in both fundamental research and industrial development of gas sensors, yet current efforts are being explored to achieve better selectivity, higher sensitivity and lower power consumption. The sensing layer in gas sensors have attracted dominant attention in the past research. In addition to the conventional metal oxide semiconductors, emerging nanocomposites and graphene-like two-dimensional materials also have drawn considerable research interest. This inspires us to organize this comprehensive 2020 gas sensing materials roadmap to discuss the current status, state-of-the-art progress, and present and future challenges in various materials that is potentially useful for gas sensors.

In this article, meso-scale simulations and modeling on the multi-layer spreading and melting of tungsten through electron beam powder bed fusion (EB-PBF) were conducted by a three-dimensional discrete element method coupled computational fluid dynamics approach. The recurring pore defects at the edge were explored, and the cooperative effects of spreading/melting parameters on the edge pores were analyzed. On this basis, the mechanism of edge pore formation was revealed, and the occurrence frequency and edge pore size were quantified. Results show that in the multi-layer printing process, the presence of concavities will cause periodic edge pores at the end of the melted area. Increasing melting power and decreasing melting velocity will reduce the occurrence frequency and increase the average size of edge pores, while high spreading velocity and reverse direction can enlarge the total area and average size of the edge pores. The obtained highlighted results are not only of theoretical significance, but also of practical value for parametric setting and optimization in the actual EB-PBF of tungsten.

Exploring the drawdown and dispersion behaviors of particles in stirred tanks can provide insights and valuable references for optimizing the design of equipment and improving the efficiency of the stirring process. In this article, the kinetic behaviors of drawdown and dispersion of floating particles in the stirred tank were simulated by the DEM-VOF (discrete element method–volume of fluid) model. The influences of impeller parameters (blade number n, rotation speed w, eccentric distance l, and off-bottom clearance h) on the granular characteristics (particle distribution, coupling force, total force, and translational/rotational kinetic energies), fluid dynamics (fluid velocity and turbulent kinetic energy), and gas–liquid free surface were investigated. The results show that the drawdown process of floating particles can be divided into the pull-down stage, dispersion stage, and cycle stage. With the increase in n, w, l, or h, the duration of the pull-down stage decreases, while the duration of the cycle stage increases. Due to the vortex effect and turbulent motion in the stirred tank, both the particle characteristics and flow dynamics change with the impeller parameters. Besides, large n or w, small l, and moderate h result in the deeper gas–liquid free surface.