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【上海大学】绿色技术 气湿敏传感器及其应用

该气湿敏传感器开发出多种系统,可应用在不同场景中。该技术产品可检测的种类齐全,如沙林毒气、毒品、氨气、甲酸、一氧化碳等;该技术产品性能完善,在灵敏度、重复性、稳定性已达国际领先水平,并正在突破微型化、集成化的空白领域。适用于环境监测、新能源汽车、航空航天、可穿戴设备及物联网、机器人技术、军事安全、化工生产等。

#信息技术
样机(样品)

技术详情

能对某种气体进行高精度的特异性响应,并将这种响应经过某种信号处理及传递得到直观显示,展示气体浓度的元器件称为气体传感器。气体传感器是一种集合化学、物理、微电子、通信及计算机科学等的高交叉学科。

气体传感器因其繁杂性、高精度要求(检测浓度至少是ppm级别)造成了气体传感器的高技术壁垒、产品附加值高的特性。尽管如此,但是我们针对传感器的原理、工艺流程、和主要技术与性能指标还是可以进行一个大致的区分。

该技术详情

传感器的原理:气湿敏传感器主要由四个模块组成:“敏感材料”+“信号与电路传输”+“基础载体材料”+“封装材料”。首先由传感器敏感元件上的敏感材料对目标气体进行特异性捕捉,捕捉过后材料会产生相应的化学或者电信号;然后产生的化学或者电信号经过相应的处理经过设计的电路传输出来。模块在进行封装后产品成型实现读数与检测。

工艺流程:整个气体传感器系统的实现涉及到:1、敏感材料的合成;2、传输电路的设计与生产;3、信号传输中算法的设计及应用软件的编写;4、封装材料的合成及封装工艺。其中敏感材料的合成是技术核心,我们会在“上海大学化学系”的标准化合成实验室里面完成材料的生产;“信号与传输电路”+“基础载体材料”+“封装材料”对所有的传感器具有通用性,不像敏感材料那样具有特异性,后期我们迫切的任务是开发出一整套熟练的流程,来配合前面“敏感材料”的研发进行最终产品的成型。

主要技术与性能指标:传统气体传感器的性能指标主要有灵敏度、稳定性、重复性,当下及未来重要的除了以上三点之外,还提出了新的要求:微型化+集成化。就精确度方面来说,不同种类气体传感器有不同的标准要求,一般是1ppm~1000ppm之间;稳定性要求误差幅度一般不小于10%;重复性方面产品的使用年限一般要求0.5~2年之间。而微型化、集成化的提出主要是当下市场对器件的要求,像可穿戴设备、航空航天等行业,微型化、集成化能给设备打来系统性的提升。目前我们的“敏感材料”已经在灵敏度、稳定性、重复性这三个方面达到了国际先进水平,接下来就是对产品的制造与开发,要求所需器件能满足材料工作所需的要求,并形成微型化、集成化。

该技术优势与特点

1、产品的种类齐全:沙林毒气、生理病理呼出气、毒品、氨气、甲酸、VOCs、苯系物、一氧化碳、氢气、甲烷、氟化氢、甲醛、乙醇、二氧化碳……我们拥有极强的气湿敏传感器研发能力;

2、产品性能完善:除在灵敏度、重复性、稳定性这三个主要功能达到国际先进水平,国内一流之外,我们正在考虑向着微型化、集成化的方向涉及前人尚无成功过的领域;

3、技术储备雄厚,因为气湿敏传感器不同应用对应不同的种类,这直接导致了了气湿敏传感器的种类繁多,要想发展气湿敏传感器产品,单独拥有几个传感器的研究技术或产品是不够的,我方拥有多种气湿敏传感器的设计技术,包括:二氧化碳、一氧化碳、甲醛、苯系物、vocs、乙醇、甲烷、毒品检测、毒气检测、生物病理检测、制冷剂检测……

4、技术的高端性,目前国内,特别是工业上的高端气体传感器100%依赖进口,传感器主要技术指标来自于敏感材料,我方与上海大学化学系合作,其研制材料都是发在国内领先的传感器期刊上,技术储备达国际一流水平。

该气湿敏传感器系统可应用的场景

1、目前很多行业需要对气体环境实现即时的监测,例如室内(汽车)气体环境、实验室气体环境、工厂生产车间气体环境、航空航天及外太空气体探测、军工及安全监管气体环境等等,他们需要一整套专业的气体环境监测系统去实时了解气体环境数据;

2、目前市场上(包括国外市场)还没有任何一套针对特定使用环境的场景应用系统。我们正在研发这样一种能应用在特殊行业领域的这种气湿敏传感器场景应用系统,从而实时、可视化的实现对需求环境的气体质量监测。

该技术应用目标与意义

目前已知的气湿敏传感器达上千种,国内产值预估在100~200亿元之间,而国内产品70~80%依赖进口,高端气湿敏传感器更是近100%进口。近几年,随着人们的环保意识增强、新能源汽车的发展、便携式可穿戴设备的普及、以及军工、航天、工业等事业的发展,气湿敏传感的应用大幅度猛增,特别是高端气湿敏传感器的需求更是供不应求。所以,配合当前我们掌握的气湿敏“敏感材料”的技术,产学研结合,加紧研制高性能的气湿敏传感器,具有重大的经济效益!

该技术市场规模与预计效益分析

行业内点差数据显示,目前气体传感器的出货量已经突破1亿颗大关,预测到2021年将跃增至3亿5千万颗,年产值将达到100~200亿之间。

2018年,实现传感器产品的制备成型,传感器场景应用系统开发过半;2019年,实现传感器场景应用系统的研发,摸索出一整套的制造方法与渠道;2020年,实现销售量100万只,销售额突破1千万,实现利润700万。

项目进展

可进行中试。

中试目的:开发出高性能气湿敏传感器元件及其应用系统,摸索量产技术与渠道。

中试主要内容:1、前期一种传感器的制备;2、多种传感器的制备;3、传感器场景应用系统的研发。

中试预算:50万。

中试获取收益:中试完成后所有产品为两家共享,共享比例另商,中试所出产品,不得有第三家公司涉足。

项目运行方式:双方各持一定股份,前期由技术方进行产品的研发,后期由双方共同协助负责公司运营及产品的销售。

合作方式

资金投入,产品共享。

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