氣體傳感器是檢測氣體成分與濃度的核心器件，在工業(yè)安全、環(huán)境監測、醫療健康等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)不可或缺的作用。隨著(zhù)各行業(yè)對氣體檢測需求的不斷提升，氣體傳感器行業(yè)正經(jīng)歷著(zhù)快速的發(fā)展與變革。本文將從市場(chǎng)驅動(dòng)力、市場(chǎng)格局、技術(shù)演進(jìn)以及未來(lái)趨勢四個(gè)維度，深入剖析氣體傳感器領(lǐng)域的現狀與前景。

一、市場(chǎng)驅動(dòng)

氣體傳感器市場(chǎng)正呈現出穩步擴張的態(tài)勢，全球與中國市場(chǎng)均展現出強勁的增長(cháng)潛力，其增長(cháng)動(dòng)力源于多個(gè)領(lǐng)域的剛性需求，包括工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監測、醫療健康等領(lǐng)域對氣體檢測需求的持續增加。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了確保生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量，需要對各種有害氣體和易燃易爆氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監測；環(huán)境監測領(lǐng)域，隨著(zhù)人們對空氣質(zhì)量關(guān)注度的提高，對甲醛、一氧化碳、二氧化硫等氣體的檢測需求日益增長(cháng)；在汽車(chē)行業(yè)，氣體傳感器在廢氣檢查方面發(fā)揮了重要作用，從而支持符合排放標準并提高車(chē)輛排放性能；醫療健康方面，通過(guò)檢測人體呼出氣體中的揮發(fā)性有機化合物等成分，可實(shí)現對某些疾病的早期診斷，推動(dòng)了氣體傳感器在該領(lǐng)域的應用。

 

此外，新興領(lǐng)域的拓展進(jìn)一步豐富了技術(shù)需求。比如在食品工業(yè)中，實(shí)時(shí)監測食品腐敗過(guò)程釋放的氣體（如 H₂S、氨氣），可實(shí)現新鮮度的精準判斷；在法醫鑒定領(lǐng)域，需要通過(guò)分析生物樣本中的揮發(fā)性有機物區分生前與死后樣本，要求傳感器具備高特異性。

二、國內格局

在多重需求驅動(dòng)下，國內氣體傳感器企業(yè)通過(guò)差異化技術(shù)路徑形成了多元發(fā)展格局，可分為全技術(shù)鏈平臺型、垂直領(lǐng)域解決方案型及應用驅動(dòng)型集成商三大類(lèi)。這三類(lèi)企業(yè)如同產(chǎn)業(yè)生態(tài)的 “三駕馬車(chē)”，分別從技術(shù)廣度、場(chǎng)景深度和應用精度三個(gè)維度，共同推動(dòng)著(zhù)行業(yè)的進(jìn)階。

• 全技術(shù)鏈平臺型企業(yè)

這類(lèi)企業(yè)以多原理傳感技術(shù)為核心，構建了從芯片到整機的完整研發(fā)鏈條，產(chǎn)品覆蓋工業(yè)、醫療、汽車(chē)等多領(lǐng)域，是行業(yè)技術(shù)突破的主力。它們的優(yōu)勢在于打通 “材料 - 器件 - 系統” 的全鏈條，既能掌控核心技術(shù)，又能快速響應多元化市場(chǎng)需求。

作為國內氣體傳感器的開(kāi)拓者，漢威科技自 1998 年成立以來(lái)，已發(fā)展為行業(yè)龍頭，旗下?lián)碛袩樖⒖萍嫉茸庸?，產(chǎn)品涵蓋催化燃燒、紅外、MEMS 等 200 余個(gè)品種，可檢測 300 余種氣體，占據國內市場(chǎng)數量的 70%。其綜合技術(shù)水平被《中國傳感器發(fā)展藍皮書(shū)》評為國內領(lǐng)先，產(chǎn)品已打入國際市場(chǎng)，形成從傳感器到檢測儀器的全產(chǎn)業(yè)鏈能力。

同樣聚焦于核心技術(shù)自主化的還有四方光電。2003 年扎根武漢 “光谷” 后，其構建了光學(xué)（紅外、紫外等）、超聲波、MEMS 金屬氧化物等六大技術(shù)平臺，擁有 100 余項專(zhuān)利。作為科創(chuàng )板上市企業(yè)，其通過(guò)車(chē)規級認證切入多家整車(chē)廠(chǎng)供應鏈，產(chǎn)品包括汽車(chē)舒適系統傳感器、動(dòng)力電池熱失控監測傳感器等。

在 MEMS 領(lǐng)域，奧松電子則以 IDM 模式形成差異化優(yōu)勢。2003 年起，其率先應用 MEMS 半導體工藝生產(chǎn)傳感器芯片，從研發(fā)到封裝測試全程自主可控。其 AOF2000 超聲波氧氣傳感器精度達 ±1.5% F.S.，壽命超 6 年，適用于制氧機等場(chǎng)景；MEMS 高靈敏氣體傳感器入選廣州市創(chuàng )新產(chǎn)品目錄，廣泛應用于空氣凈化器等民用領(lǐng)域。

此外，美思先端的 MEMS 紅外系列、松柏傳感的“四氣方尊”、舜宇紅外光學(xué)的 NDIR 冷媒傳感器，均在各自技術(shù)賽道形成特色，進(jìn)一步豐富了全技術(shù)鏈生態(tài)的多樣性，讓 “全鏈條” 的內涵從 “全” 向 “精” 延伸。

• 垂直領(lǐng)域解決方案商

如果說(shuō)全技術(shù)鏈企業(yè)是產(chǎn)業(yè)的 “廣度開(kāi)拓者”，那么垂直領(lǐng)域解決方案商則是 “深度耕耘者”。這類(lèi)企業(yè)聚焦特定技術(shù)或場(chǎng)景，以定制化模組或方案為主，在細分市場(chǎng)構建技術(shù)壁壘，通過(guò) “小而精” 的策略，填補了全鏈條企業(yè)難以覆蓋的場(chǎng)景空白。

攀藤科技 2014 年成立后，便專(zhuān)注激光粉塵與紅外氣體傳感這一細分賽道。其 PMS 系列激光顆粒物傳感器可檢測 0.3μm 粒徑，響應時(shí)間 <1 秒；DS-CO₂系列紅外傳感器精度 ±5%，適配車(chē)載與智能家居。多合一模組 PTQS1005 整合多種檢測功能，以低功耗和寬溫域適配多元場(chǎng)景，成為細分領(lǐng)域的 “隱形冠軍”。

另一家深耕氣體類(lèi)型細分的企業(yè)是芯感智。其自研 MEMS 熱電堆芯片，開(kāi)發(fā) GZG 系列紅外傳感器，精準覆蓋 CO₂、CH₄、SF₆等氣體檢測。其中 GZG360M 型 CO₂傳感器內置溫度補償，體積小、精度高，適用于室內監測；GZG362 型 CH₄傳感器配備 3.435μm 濾光片，響應快速，服務(wù)工業(yè)過(guò)程監控，體現了 “專(zhuān)而精” 的技術(shù)定位。

在民用場(chǎng)景的精細化需求上，戴維萊傳感則另辟蹊徑。2001 年成立以來(lái)，其掌握半導體氣敏核心材料工藝，產(chǎn)品包括 TP-501 甲醛傳感器、TP-4M01A VOC 傳感器等，采用納米材料制備，選擇性高、功耗低，廣泛應用于智能家電、車(chē)載智能化等民用場(chǎng)景，讓技術(shù)真正融入日常生活。

同時(shí)，精訊暢通的工業(yè)安全方案、諾聯(lián)芯電子的 NDIR/PID 傳感器、微納感知的 MEMS 流量傳感器等，也在各自細分領(lǐng)域形成獨特價(jià)值，共同織密了垂直場(chǎng)景的技術(shù)網(wǎng)絡(luò )，讓每個(gè)細分需求都能找到精準匹配的解決方案。

• 應用驅動(dòng)型集成商

當技術(shù)突破了細分場(chǎng)景的壁壘，如何讓其真正落地到產(chǎn)業(yè)端？這就需要應用驅動(dòng)型集成商的 “最后一公里” 賦能。這類(lèi)企業(yè)以傳感器模組集成與智能算法為核心，將分散的技術(shù)轉化為場(chǎng)景化方案，是連接實(shí)驗室成果與產(chǎn)業(yè)應用的 “轉換器”。

深國安電子的 SGA-700 系列智能模組，正是這一角色的典型代表。針對可燃氣體等場(chǎng)景，其經(jīng)溫濕度補償與標準氣體校正，實(shí)現 “免標定直讀”，客戶(hù)可直接上傳信號至控制主機，適用于工業(yè)安全、大氣環(huán)保領(lǐng)域，兼具體積小、成本低的優(yōu)勢，大幅降低了下游企業(yè)的應用門(mén)檻。

在工業(yè)場(chǎng)景之外，中科微感將技術(shù)延伸至醫療健康領(lǐng)域，展現了集成商的跨場(chǎng)景適配能力。其融合新型傳感陣列與 AI 算法，開(kāi)發(fā)普適性嗅覺(jué)傳感器，10 納米級納米敏感膜層可將氣味轉化為數字信號。其電子鼻設備已批量應用于醫院，實(shí)現幽門(mén)螺桿菌快速診斷，同時(shí)拓展至食品檢測領(lǐng)域，讓 “氣味識別” 從概念走向實(shí)用。

聚焦微型化與極端環(huán)境適配，普晟傳感的燃料電池電化學(xué)技術(shù)實(shí)現了突破。其 FC-CO-5000 一氧化碳傳感器是國內首個(gè)通過(guò) UL 2075 認證的紐扣式產(chǎn)品，體積全球最小，在 - 40~70℃寬溫域穩定工作，壽命超 10 年，適配工業(yè)安全監測；FC0-H2S-100 硫化氫傳感器耐 125℃高溫，服務(wù)固態(tài)電池安全監測，填補了極端環(huán)境下的技術(shù)空白，體現了集成商對 “特殊場(chǎng)景” 的技術(shù)攻堅能力。

此外，海力昌科技的 TVOC 方案、菲爾斯特的多氣體無(wú)線(xiàn)模組、愛(ài)氪森科技的冷鏈監測系統等，均以集成能力推動(dòng)技術(shù)落地，讓傳感器從實(shí)驗室走向真實(shí)應用場(chǎng)景，完成了 “技術(shù) - 產(chǎn)品 - 場(chǎng)景” 的價(jià)值閉環(huán)。

三類(lèi)企業(yè)雖各有側重，卻形成了互補共生的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。它們均以自主研發(fā)為核心，推動(dòng)國內氣體傳感器從單一檢測邁向智能感知，為工業(yè)安全、環(huán)境監測、醫療健康等領(lǐng)域提供了堅實(shí)技術(shù)支撐，共同勾勒出中國氣體傳感器產(chǎn)業(yè)的全景圖譜。

三、技術(shù)演進(jìn)

氣體傳感器的技術(shù)發(fā)展呈現出多元化的趨勢，在材料創(chuàng )新、性能優(yōu)化、結構設計等方面不斷取得突破，推動(dòng)著(zhù)氣體傳感器向高靈敏度、高選擇性、快速響應、小型化等方向發(fā)展。

材料創(chuàng )新

材料是氣體傳感器性能的關(guān)鍵影響因素，近年來(lái)，新型材料的研發(fā)與應用為氣體傳感器的性能提升帶來(lái)了新的突破。

二維納米材料如過(guò)渡金屬二硫族化合物（TMD）、MXene、氮化物和黑磷（BP）等因其卓越的物理化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在室溫下對氣體分子高度敏感，成為氣體傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中，TMD因其可調帶隙、高電導率、良好的機械柔性和穩定性，而被認為是開(kāi)發(fā)柔性可穿戴氣體傳感器的極具潛力的材料。

MXene 是新型二維材料，具優(yōu)異電學(xué)性能、高比表面積、可調帶隙及豐富吸附位點(diǎn)，在氣體傳感領(lǐng)域展現出巨大的應用潛力。湖北師范大學(xué)胡校兵博士團隊通過(guò)水熱法構建了 CdS/Ti₃C₂Tₓ MXene 異質(zhì)結納米復合材料，該結構通過(guò) Ti₃C₂Tₓ納米片與 CdS 納米球的協(xié)同作用，將材料比表面積提升至 42.3m²/g，顯著(zhù)增加了氣體吸附位點(diǎn)，優(yōu)化后的傳感器性能遠超同類(lèi) CdS 基或 MXene 基傳感器。

碳納米管（CNT）因其獨特的結構、電學(xué)和力學(xué)性能，在傳感技術(shù)中也成為至關(guān)重要的納米材料。碳納米管具有高長(cháng)徑比、卓越的比表面積、優(yōu)異的電導率以及化學(xué)可調性，使其在多種傳感平臺中具備卓越的靈敏度和快速響應能力。因此，單壁碳納米管和多壁碳納米管均已被用作有毒氣體檢測中的活性傳感元件。其準一維結構有助于電子沿管軸方向的彈道式輸運，一旦氣體分子在碳納米管表面發(fā)生吸附或擾動(dòng)，就會(huì )顯著(zhù)改變其電學(xué)特性，從而實(shí)現對氣體的實(shí)時(shí)檢測。

 

金屬有機框架（MOF）材料具有超高的比表面積、多樣的孔徑、高熱穩定性和機械穩定性以及多樣的結構，這些特性使其成為氣體傳感應用的有前景候選材料。通過(guò)對 MOF 材料進(jìn)行修飾和功能化，可以進(jìn)一步提高其對特定氣體的選擇性和靈敏度。

算法與智能化

算法與智能化技術(shù)通過(guò)優(yōu)化信號處理、增強抗干擾能力及解析復雜氣體成分，成為提升氣體傳感器性能的核心手段，推動(dòng)傳感器從單一檢測向智能分析升級。

在抗干擾與精準檢測層面，算法有效破解了復雜環(huán)境的信號混疊難題。中國科學(xué)院安光所張志榮團隊針對多組分氣體光譜混疊問(wèn)題，首創(chuàng )光譜自適應變換非負最小二乘算法（SAT-NNLS），通過(guò)智能校正光譜漂移與插值降噪，突破高濃度甲烷干擾，使 CO 檢測誤差≤0.1 ppm、C₂H₄誤差≤0.61 ppm，可提前 2-3 天預警自燃風(fēng)險，目前已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化；中國科學(xué)院聲學(xué)研究所王文團隊則通過(guò)溫濕度補償與抑制算法，結合傳感陣列與模式識別，大幅提升傳感器抗干擾能力與識別準確性。另外，華中科技大學(xué)的研究人員也提出了一種材料-算法協(xié)同優(yōu)化（MACO）方案，能夠實(shí)現電子鼻中的甲醛定量檢測。

 

機器學(xué)習與模式識別技術(shù)賦予傳感器解析復雜氣體 “指紋” 的能力。浙江大學(xué)鄔建敏團隊基于石墨烯基嗅覺(jué)傳感器陣列，通過(guò)機器學(xué)習分析信號，結合 RF、Lasso、SVM 加權融合模型，提升了呼吸道感染類(lèi)型檢測的魯棒性與準確性；瑞典林雪平大學(xué)與國家法醫學(xué)委員會(huì )團隊采用 32 個(gè) MOS 氣體傳感器陣列，結合自適應機器學(xué)習算法，實(shí)現了法醫鑒定中 VOC 的非侵入、實(shí)時(shí)分析。

這些技術(shù)通過(guò) “傳感器陣列 + 算法” 的協(xié)同優(yōu)化，顯著(zhù)提升了傳感器對復雜場(chǎng)景的適應性。

結構設計

合理的結構設計能夠有效提升氣體傳感器的性能，近年來(lái)在結構設計方面的優(yōu)化也取得了顯著(zhù)成果，具體體現在高頻化、微納化、柔性化及集成化等多個(gè)方向的突破。

在提升檢測靈敏度方面，研究團隊做了以下創(chuàng )新：湖南大學(xué)周劍教授團隊開(kāi)發(fā)的 4.98 GHz 超高頻聲表面波（SAW）傳感器，采用 600 nm 波長(cháng)設計與 Cu-ZrO₂敏感膜，對 DMMP 的靈敏度達 1198.2 kHz/ppm，是低頻 SAW 傳感器的 1198 倍，充分展現了高頻設計的優(yōu)勢。而華中科技大學(xué)團隊則創(chuàng )新性地將異常點(diǎn)（EP）物理機制融入 SAW 傳感器，基于無(wú)源宇稱(chēng) - 時(shí)間對稱(chēng)性（PT）結構，使頻率偏移對擾動(dòng)強度呈平方根依賴(lài)關(guān)系，對 H₂S 的響應時(shí)間＜10 秒，檢測限低至 2 ppm，突破了傳統線(xiàn)性響應的性能上限。

 

圖|超高頻SAW DMMP氣體傳感器結構和傳感原理示意圖

除了靈敏度提升，柔性化與集成化結構設計則極大拓展了傳感器的應用場(chǎng)景，使其能更好適配可穿戴、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域。比如韓國慶北大學(xué)與延世大學(xué)團隊將銀納米線(xiàn)修飾硅納米膜（AgNW-SiNM）傳感器、柔性加熱器與藍牙模塊集成于柔性基板，形成可穿戴系統，對氨氣的檢測限低至 1 ppm，且在機械變形下性能穩定，通過(guò)疊層設計兼顧了靈敏度與穿戴舒適性。類(lèi)似地，東南大學(xué)崔鐵軍教授團隊研發(fā)的微波人工表面等離激元傳感系統，體積僅 1.8 cm×1.2 cm，集成自適應諧振跟蹤算法與藍牙通信，信噪比達 69 dB，數據速率 2272 點(diǎn) / 秒，實(shí)現了丙酮快速檢測，完美適配智能家居與物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。

這些結構設計通過(guò)精準調控信號傳導、縮小器件尺寸及整合功能模塊，使傳感器在靈敏度、響應速度與場(chǎng)景適配性上實(shí)現多重突破，為氣體傳感技術(shù)的實(shí)用化與多元化應用奠定了基礎。

四、未來(lái)展望

技術(shù)的快速迭代為行業(yè)帶來(lái)新動(dòng)能，但要實(shí)現從‘局部突破’到‘全面領(lǐng)跑’，仍需跨越多重挑戰。

機遇：政策與需求雙輪驅動(dòng)

政策紅利：“雙碳” 目標推動(dòng)溫室氣體監測需求，環(huán)保法規升級倒逼工業(yè)企業(yè)安裝高精度傳感器；新能源汽車(chē)安全標準強化，帶動(dòng)電池熱失控傳感器滲透率提升。

新興場(chǎng)景：柔性可穿戴設備、醫療呼氣診斷、智能家居集成等場(chǎng)景，為傳感器微型化、低功耗技術(shù)提供新市場(chǎng)。

國產(chǎn)替代加速：在中高端市場(chǎng)，四方光電的車(chē)規級傳感器、奧松電子的 MEMS 產(chǎn)品已實(shí)現進(jìn)口替代，性?xún)r(jià)比優(yōu)勢顯著(zhù)。

挑戰：技術(shù)壁壘與競爭壓力

核心技術(shù)瓶頸：高端材料仍依賴(lài)進(jìn)口，長(cháng)期穩定性與國際巨頭存在差距。

國際競爭：國際巨頭在車(chē)規級、醫療級傳感器領(lǐng)域占據主導，國內企業(yè)在品牌影響力、全球化服務(wù)能力上仍需追趕。

標準化與規?；盒袠I(yè)缺乏統一的性能測試標準，不同企業(yè)產(chǎn)品兼容性差；中小廠(chǎng)商量產(chǎn)能力不足，導致定制化產(chǎn)品成本高，難以滿(mǎn)足大規模應用需求。

五、結語(yǔ)

國內氣體傳感器產(chǎn)業(yè)已從 “技術(shù)跟跑” 邁向 “局部領(lǐng)跑”，漢威科技、四方光電等龍頭企業(yè)在市場(chǎng)份額、技術(shù)多樣性上形成優(yōu)勢，MEMS、光學(xué)等技術(shù)實(shí)現突破，應用場(chǎng)景從傳統工業(yè)向汽車(chē)電子、醫療健康等高端領(lǐng)域延伸。未來(lái)，隨著(zhù)政策支持加碼、新材料與 AI 技術(shù)融合，國產(chǎn)傳感器有望在更多細分領(lǐng)域實(shí)現替代，但需突破核心材料瓶頸、提升長(cháng)期穩定性，并通過(guò)標準化與規?；档统杀?，才能在全球競爭中占據更大份額。

 

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