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(jiān)測、醫(yī)療健康等眾多領域發(fā)揮著不可或缺的作用。隨著各行業(yè)對氣體檢測需求的不斷提升，氣體傳感器行業(yè)正經歷著快速的發(fā)展與變革。本文將從市場驅動力、市場格局、技術演進以及未來趨勢四個維度，深入剖析氣體傳感器領域的現狀與前景。
一、市場驅動
氣體傳感器市場正呈現出穩(wěn)步擴張的態(tài)勢，全球與中國市場均展現出強勁的增長潛力，其增長動力源于多個領域的剛性需求，包括工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康等領域對氣體檢測需求的持續(xù)增加。在工業(yè)生產中，為了確保生產安全和產品質量，需要對各種有害氣體和易燃易爆氣體進行實時監(jiān)測；環(huán)境監(jiān)測領域，隨著人們對空氣質量關注度的提高，對甲醛、一氧化碳、二氧化硫等氣體的檢測需求日益增長；在汽車行業(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輛排放性能；醫(yī)療健康方面，通過檢測人體呼出氣體中的揮發(fā)性有機化合物等成分，可實現對某些疾病的早期診斷，推動了氣體傳感器在該領域的應用。
此外，新興領域的拓展進一步豐富了技術需求。比如在食品工業(yè)中，實時監(jiān)測食品腐敗過程釋放的氣體（如 H₂S、氨氣），可實現新鮮度的精準判斷；在法醫(yī)鑒定領域，需要通過分析生物樣本中的揮發(fā)性有機物區(qū)分生前與死后樣本，要求傳感器具備高特異性。
二、國內格局
在多重需求驅動下，國內氣體傳感器企業(yè)通過差異化技術路徑形成了多元發(fā)展格局，可分為全技術鏈平臺型、垂直領域解決方案型及應用驅動型集成商三大類。這三類企業(yè)如同產業(yè)生態(tài)的 “三駕馬車”，分別從技術廣度、場景深度和應用精度三個維度，共同推動著行業(yè)的進階。
- 全技術鏈平臺型企業(yè)
這類企業(yè)以多原理傳感技術為核心，構建了從芯片到整機的完整研發(fā)鏈條，產品覆蓋工業(yè)、醫(yī)療、汽車等多領域，是行業(yè)技術突破的主力。它們的優(yōu)勢在于打通 “材料 - 器件 - 系統(tǒng)” 的全鏈條，既能掌控核心技術，又能快速響應多元化市場需求。
作為國內氣體傳感器的開拓者，漢威科技自 1998 年成立以來，已發(fā)展為行業(yè)龍頭，旗下擁有煒盛科技等子公司，產品涵蓋催化燃燒、紅外、MEMS 等 200 余個品種，可檢測 300 余種氣體，占據國內市場數量的 70%。其綜合技術水平被《中國傳感器發(fā)展藍皮書》評為國內領先，產品已打入國際市場，形成從傳感器到檢測儀器的全產業(yè)鏈能力。
同樣聚焦于核心技術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（紅外、紫外等）、超聲波、MEMS 金屬氧化物等六大技術平臺，擁有 100 余項專利。作為科創(chuàng)板上市企業(yè)，其通過車規(guī)級認證切入多家整車廠供應鏈，產品包括汽車舒適系統(tǒng)傳感器、動力電池熱失控監(jiān)測傳感器等。
在 MEMS 領域，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，適用于制氧機等場景；MEMS 高靈敏氣體傳感器入選廣州市創(chuàng)新產品目錄，廣泛應用于空氣凈化器等民用領域。
此外，美思先端的 MEMS 紅外系列、松柏傳感的“四氣方尊”、舜宇紅外光學的 NDIR 冷媒傳感器，均在各自技術賽道形成特色，進一步豐富了全技術鏈生態(tài)的多樣性，讓 “全鏈條” 的內涵從 “全” 向 “精” 延伸。
- 垂直領域解決方案商
如果說全技術鏈企業(yè)是產業(yè)的 “廣度開拓者”，那么垂直領域解決方案商則是 “深度耕耘者”。這類企業(yè)聚焦特定技術或場景，以定制化模組或方案為主，在細分市場構建技術壁壘，通過 “小而精” 的策略，填補了全鏈條企業(yè)難以覆蓋的場景空白。
攀藤科技 2014 年成立后，便專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，響應時間 <1 秒；DS-CO₂系列紅外傳感器精度 ±5%，適配車載與智能家居。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景，成為細分領域的 “隱形冠軍”。
另一家深耕氣體類型細分的企業(yè)是芯感智。其自研 MEMS 熱電堆芯片，開發(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(jiān)測；GZG362 型 CH₄傳感器配備 3.435μm 濾光片，響應快速，服務工業(yè)過程監(jiān)控，體現了 “專而精” 的技術定位。
在民用場景的精細化需求上，戴維萊傳感則另辟蹊徑。2001 年成立以來，其掌握半導體氣敏核心材料工藝，產品包括 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、車載智能化等民用場景，讓技術真正融入日常生活。
同時，精訊暢通的工業(yè)安全方案、諾聯芯電子的 NDIR/PID 傳感器、微納感知的 MEMS 流量傳感器等，也在各自細分領域形成獨特價值，共同織密了垂直場景的技術網絡，讓每個細分需求都能找到精準匹配的解決方案。
- 應用驅動型集成商
當技術突破了細分場景的壁壘，如何讓其真正落地到產業(yè)端？這就需要應用驅動型集成商的 “最后一公里” 賦能。這類企業(yè)以傳感器模組集成與智能算法為核心，將分散的技術轉化為場景化方案，是連接實驗室成果與產業(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。針對可燃氣體等場景，其經溫濕度補償與標準氣體校正，實現 “免標定直讀”，客戶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)的應用門檻。
在工業(yè)場景之外，中科微感將技術延伸至醫(yī)療健康領域，展現了集成商的跨場景適配能力。其融合新型傳感陣列與 AI 算法，開發(fā)普適性嗅覺傳感器，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(yī)院，實現幽門螺桿菌快速診斷，同時拓展至食品檢測領域，讓 “氣味識別” 從概念走向實用。
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技術實現了突破。其 FC-CO-5000 一氧化碳傳感器是國內首個通過 UL 2075 認證的紐扣式產品，體積全球最小，在 - 40~70℃寬溫域穩(wěn)定工作，壽命超 10 年，適配工業(yè)安全監(jiān)測；FC0-H2S-100 硫化氫傳感器耐 125℃高溫，服務固態(tài)電池安全監(jiān)測，填補了極端環(huán)境下的技術空白，體現了集成商對 “特殊場景” 的技術攻堅能力。
此外，海力昌科技的 TVOC 方案、菲爾斯特的多氣體無線模組、愛氪森科技的冷鏈監(jiān)測系統(tǒng)等，均以集成能力推動技術落地，讓傳感器從實驗室走向真實應用場景，完成了 “技術 - 產品 - 場景” 的價值閉環(huán)。
三類企業(yè)雖各有側重，卻形成了互補共生的產業(yè)生態(tài)。它們均以自主研發(fā)為核心，推動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(jiān)測、醫(yī)療健康等領域提供了堅實技術支撐，共同勾勒出中國氣體傳感器產業(yè)的全景圖譜。
三、技術演進
氣體傳感器的技術發(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，推動著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鍵影響因素，近年來，新型材料的研發(fā)與應用為氣體傳感器的性能提升帶來了新的突破。
二維納米材料如過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和電學性質，在室溫下對氣體分子高度敏感，成為氣體傳感器領域的研究熱點。其中，TMD因其可調帶隙、高電導率、良好的機械柔性和穩(wěn)定性，而被認為是開發(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)異電學性能、高比表面積、可調帶隙及豐富吸附位點，在氣體傳感領域展現出巨大的應用潛力。湖北師范大學胡校兵博士團隊通過水熱法構建了 CdS/Ti₃C₂Tₓ MXene 異質結納米復合材料，該結構通過 Ti₃C₂Tₓ納米片與 CdS 納米球的協同作用，將材料比表面積提升至 42.3m²/g，顯著增加了氣體吸附位點，優(yōu)化后的傳感器性能遠超同類 CdS 基或 MXene 基傳感器。
碳納米管（CNT）因其獨特的結構、電學和力學性能，在傳感技術中也成為至關重要的納米材料。碳納米管具有高長徑比、卓越的比表面積、優(yōu)異的電導率以及化學可調性，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，就會顯著改變其電學特性，從而實現對氣體的實時檢測。
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(wěn)定性和機械穩(wěn)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。通過對 MOF 材料進行修飾和功能化，可以進一步提高其對特定氣體的選擇性和靈敏度。
算法與智能化
算法與智能化技術通過優(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。中國科學院安光所張志榮團隊針對多組分氣體光譜混疊問題，首創(chuàng)光譜自適應變換非負最小二乘算法（SAT-NNLS），通過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 天預警自燃風險，目前已實現產業(yè)化；中國科學院聲學研究所王文團隊則通過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，華中科技大學的研究人員也提出了一種材料-算法協同優(yōu)化（MACO）方案，能夠實現電子鼻中的甲醛定量檢測。
機器學習與模式識別技術賦予傳感器解析復雜氣體 “指紋” 的能力。浙江大學鄔建敏團隊基于石墨烯基嗅覺傳感器陣列，通過機器學習分析信號，結合 RF、Lasso、SVM 加權融合模型，提升了呼吸道感染類型檢測的魯棒性與準確性；瑞典林雪平大學與國家法醫(yī)學委員會團隊采用 32 個 MOS 氣體傳感器陣列，結合自適應機器學習算法，實現了法醫(yī)鑒定中 VOC 的非侵入、實時分析。
這些技術通過 “傳感器陣列 + 算法” 的協同優(yōu)化，顯著提升了傳感器對復雜場景的適應性。
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，近年來在結構設計方面的優(yōu)化也取得了顯著成果，具體體現在高頻化、微納化、柔性化及集成化等多個方向的突破。
在提升檢測靈敏度方面，研究團隊做了以下創(chuàng)新：湖南大學周劍教授團隊開發(fā)的 4.98 GHz 超高頻聲表面波（SAW）傳感器，采用 600 nm 波長設計與 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。而華中科技大學團隊則創(chuàng)新性地將異常點（EP）物理機制融入 SAW 傳感器，基于無源宇稱 - 時間對稱性（PT）結構，使頻率偏移對擾動強度呈平方根依賴關系，對 H₂S 的響應時間＜10 秒，檢測限低至 2 ppm，突破了傳統(tǒng)線性響應的性能上限。
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景，使其能更好適配可穿戴、物聯網等新興領域。比如韓國慶北大學與延世大學團隊將銀納米線修飾硅納米膜（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(tǒng)，對氨氣的檢測限低至 1 ppm，且在機械變形下性能穩(wěn)定，通過疊層設計兼顧了靈敏度與穿戴舒適性。類似地，東南大學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(tǒng)，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 / 秒，實現了丙酮快速檢測，完美適配智能家居與物聯網場景。
這些結構設計通過精準調控信號傳導、縮小器件尺寸及整合功能模塊，使傳感器在靈敏度、響應速度與場景適配性上實現多重突破，為氣體傳感技術的實用化與多元化應用奠定了基礎。
四、未來展望
技術的快速迭代為行業(yè)帶來新動能，但要實現從‘局部突破’到‘全面領跑’，仍需跨越多重挑戰(zhàn)。
機遇：政策與需求雙輪驅動
政策紅利：“雙碳” 目標推動溫室氣體監(jiān)測需求，環(huán)保法規(guī)升級倒逼工業(yè)企業(yè)安裝高精度傳感器；新能源汽車安全標準強化，帶動電池熱失控傳感器滲透率提升。
新興場景：柔性可穿戴設備、醫(yī)療呼氣診斷、智能家居集成等場景，為傳感器微型化、低功耗技術提供新市場。
國產替代加速：在中高端市場，四方光電的車規(guī)級傳感器、奧松電子的 MEMS 產品已實現進口替代，性價比優(yōu)勢顯著。
挑戰(zhàn)：技術壁壘與競爭壓力
核心技術瓶頸：高端材料仍依賴進口，長期穩(wěn)定性與國際巨頭存在差距。
國際競爭：國際巨頭在車規(guī)級、醫(yī)療級傳感器領域占據主導，國內企業(yè)在品牌影響力、全球化服務能力上仍需追趕。
標準化與規(guī)模化：行業(yè)缺乏統(tǒng)一的性能測試標準，不同企業(yè)產品兼容性差；中小廠商量產能力不足，導致定制化產品成本高，難以滿足大規(guī)模應用需求。
五、結語
國內氣體傳感器產業(yè)已從 “技術跟跑” 邁向 “局部領跑”，漢威科技、四方光電等龍頭企業(yè)在市場份額、技術多樣性上形成優(yōu)勢，MEMS、光學等技術實現突破，應用場景從傳統(tǒng)工業(yè)向汽車電子、醫(yī)療健康等高端領域延伸。未來，隨著政策支持加碼、新材料與 AI 技術融合，國產傳感器有望在更多細分領域實現替代，但需突破核心材料瓶頸、提升長期穩(wěn)定性，并通過標準化與規(guī)模化降低成本，才能在全球競爭中占據更大份額。
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