（一）發展方向

未來十到十五年之前，隨著物聯網技術、人工智能技術的進一步發展，氣體傳感器在移動終端與可穿戴設備、微型環境監測站、微型機器人、智慧醫療的領域中有著巨大的需求。

移動終端與可穿戴設備

在目前的移動終端（例如手機）中，已經集成了視覺、聽覺、觸覺等感知器件，若進一步在移動終端中集成氣體 / 嗅覺感知器件，可以使得移動終端器件具備環境氣氛感知的功能，可以用于室內外污染氣體的監測、香水香味檢測、食物變質與假冒偽劣檢測、口氣檢測等。

微型環境監測站

基于微型氣體傳感陣列構建微型環境監測站，縮小體積、降低成本，并與路燈、移動網絡基站集成，使之能應用于社區網格化監測，采用大數據挖掘獲得區域內污染物擴散方式，追蹤污染物種類、濃度的變化趨勢，為污染源頭溯源、污染物治理提供決策依據。

微型機器人

在微型機器人或無人機上集成氣體 / 嗅覺感知器件，可以用于化工區危險物質泄漏溯源，工業園區污染排放監控與定位，也可用于天然氣等化工物質運輸管道巡檢，定位泄漏源。

智慧醫療

目前，在醫學中已經有數據證明人體呼出氣與自身疾病之間有一定關聯性，例如糖尿病患者的呼出氣中丙酮含量較高，采用嗅覺感知器件可以更精確地識別目標氣體，提供可靠的醫學判據。一方面可以作為居家檢測方式，進行長期健康狀況的監測，一方面也可以作為醫院中一些疾病的無創初篩檢測。

（二）發展動態

目前，根據 Yole Development 的分析報告，到2023年，全球氣體傳感器市場將達到10億美元。而我國一直是氣體傳感器應用大國，相應的，國內氣體傳感器的市場將達到 1 億美元。在我國高校與中科院系統中，有較多的單位與學者參與氣體傳感器研究。其中吉林大學是從事氣敏研究最早也是實力最雄厚的，被譽為北氣敏，研究包括半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器、催化燃燒型傳感器等多種氣體傳感器。華中科技大學、電子科技大學等院校在不同類型的傳感器及氣敏材料研究上具備較強的實力。中科院下轄的半導體所、微系統所、電子學所、微電子所等在傳感器與集成系統上有著深厚的研究基礎。

目前氣體傳感器高端市場基本被國際知名傳感器廠商占據。如美國霍尼韋爾、日本費加羅、德國博世、瑞士 Sensirion、英國 GSS 等。國內目前有河南漢威集團在電化學、催化燃燒、半導體、紅外 NDIR 四種氣體傳感器上具備完整的生產能力，蘇州慧聞納米科技有限公司在微納半導體型氣體傳感器上具備生產能力，但性能相較于國外廠商還存在一定的差距。隨著氣體傳感器往嗅覺感知器件上的發展，國際上，德國博世、日本費加羅、美國霍尼韋爾、瑞士 Sensirion 幾大傳感器廠商已經在嗅覺感知器件上進行相關研發，其中德國博世、瑞士 Sensirion 已經開發出了陣列傳感器與處理電路集成的初級嗅覺感知芯片，同時正在開發集成度更高、集成人工智能識別算法的嗅覺感知器件。而目前國內傳感器企業中仍處在生產氣體傳感器層面，并無商品化初級嗅覺感知器件問世。

相比而言，德國與日本的研究機構與產業界有較深度的融合，科研機構往往直接對接產業界，例如德國圖賓根大學與德國博世公司有深度的合作，日本九州大學直接孕育了費加羅公司。而目前我國科研界與產業界之間仍存在較大的斷層，例如，科研界發明的新材料、新器件等無法用于產業界，而產業界所提出的穩定性、選擇性等問題科研界也無法解決。因此亟需解決科研界與產業界的溝通渠道。重點打通敏感材料合成、陣列化器件制備、芯片化封裝測試、嗅覺識別算法等關鍵問題，開發適用于新興應用的智能嗅覺感知器件，占領未來智能嗅覺應用的市場。

（三）發展建議

我國氣體傳感器發展亟需在以下幾個方面進行突破：

氣體傳感器協同設計與集成制造

采用 MEMS 與 CMOS 技術進一步縮小傳感器尺寸，實現傳感器晶圓級制造，將多個傳感器集成在一起形成傳感器陣列，并融合數據處理等模塊，實現芯片級封裝制造。目前，德國博世與瑞士 Sensirion 公司已經完成四種金屬氧化物半導體傳感器的集成，同時還集成了溫濕度傳感器。另一方面，紅外 NDIR 傳感器也借助微納加工技術實現了小型化制備，將整體尺寸縮小到毫米級別。為了真正實現人工嗅覺，需要借助微納加工方法將不同種類的氣體傳感器盡量多的集成在一起形成大型氣體傳感器陣列，就如視覺感知器件所需的像元陣列一樣。

結合深度學習的智能氣體傳感

真實環境中的氣氛非常復雜，同時發展基于嗅覺識別的深度學習技術，并融合至 AI 芯片中，形成智能嗅覺感知系統時環境溫濕度也一直在變化，為了精確識別氣體的種類與濃度需要更加智能的嗅覺感知系統。基于深度學習的模式識別技術已經在其他領域中得到廣泛應用并展現了強大的識別能力，但針對于嗅覺的深度學習技術還處于初級階段。要配合傳感器陣列，實現復雜環境中的氣體精確識別。

氣體敏感機理模型化

氣體感知過程本質上是化學反應，與視覺、聽覺、觸覺是物理反應不同，其本身的反應較為復雜，對于氣敏材料的響應機理目前仍處于宏觀上的認識，其中具體的反應過程、制約反應的根本因素等還未解釋得非常清晰，包括對于人類嗅覺的感知過程也暫未理清。深入研究氣敏反應包括人類嗅覺感知過程可以進一步指導對氣敏材料的開發，有助于提高傳感器性能，解決傳感器選擇性、穩定性等問題。

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