微纳传感：这款绿豆般大小的气体传感器有多大市场空间？

研究表明，室内空气污染程度比室外空气污染程度严重2-3倍，已成为危害人类健康的隐形杀手。

深度 道/共3324字/阅读7分钟

项目名称： 微纳传感

主营业务：气体传感器及相关器件研发商

关键词：气体传感器、MEMS技术、空气污染、奥地利微电子、 海尔、相比国内传统气体传感器体积减小98% 、功耗降低99%、隔热专利技术、国家高新技术企业

受访人：微纳传感创始人 雷鸣、市场总监 李佳枫

一句话提炼 ： 基于 MEMS 芯片气体传感器提供气体感测解决方案

一个人每天要呼吸两万多次，每天至少要与环境交换一万多升气体，可见空气质量的好坏与人的健康息息相关，而近来年空气污染似乎已经成为一个全球问题。

随着对环境空气质量信息需求的增长，气体传感器一直广泛应用于工业、生活各个领域。近年来互联 与物联 高速发展，气体传感器也逐渐应用在新兴的智能家居、可穿戴设备、智能移动终端等领域，大幅扩展了应用空间，需求量也发生了量级改变。

据市场研究公司Yole Développement预测，2021年全球气体传感器市场规模将达到9.2亿美元，未来5年的复合年增长率为7.3%，其中环境监测在所有应用领域中位列第三。

在2015年，国外芯片式气体传感器推向国内市场，而国内仍采用传统的陶瓷衬底传感器，这便为采用MEMS技术的微型化气体传感器件创造了商机，在此背景下，武汉微纳传感技术正式成立。

不同的技术方案对应不同的应用领域及方向， 其测量对象、测量环境、灵敏度、响应特性、线性范围也不尽相同，目前市场上常见的气体传感器有三种：

• 光学式气体传感器：包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型等，主要以红外吸收型为主。由于不同气体对红外波吸收特征波长不同，通过测量特定红外吸收波长光强来检测气体种类和浓度，因结构关系一般造价颇高，且主要用于检测高浓度气体。
• 电化学气体传感器：通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式，目前可以检测许多有毒气体和氧气，后者能检测血液中的氧浓度。主要优点在于气体的高灵敏度以及良好的选择性，不足之处是有寿命一般仅为两年。
• 半导体式气体传感器：利用半导体气敏材料作为敏感元件的气体传感器，是最常见的气体传感器，广泛应用于家庭和工厂的可燃气体泄露检测装置，适用于甲烷、液化气、氢气等的检测。优点是反应速度快、结构简单、检测灵敏度高，缺点是测量线性范围较小、受背景气体干扰较大、易受环境温度影响等。

微纳传感所采用的是金属氧化物半导体式传感器，雷鸣告诉我们，传统的温度隔离技术工艺是在陶瓷基板上做加热电路后，将敏感材料涂敷在陶瓷基板上进行检测，而陶瓷基板尺寸约1-2毫米，工作时温度高达300-400°，无法直接安装在产品上。

于是采用数根钨丝将陶瓷基板悬挂，实现温度隔离， 但这种温度隔离技术，金属封装盖温度仍会达到60-70°，所以使用起来有一定危险性甚至影响其他元件。

而微纳传感使用MEMS技术在芯片上制造微型温度隔离加热单元，并将其与对应电路集成为整体的技术。『微纳的气体传感器，仅有拇指头的1/5般大小。』

MEMS全称微型电子机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台，可理解为利用传统的半导体工艺和材料，用微米技术在芯片上制造微型机械，并将其与对应电路集成为整体的技术。

MEMS芯片采用以硅为主的材料，与集成电路类似的生成技术进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统『机械』制造技术大幅度提高，极大满足了对产品小体积、高性能的要求。

雷鸣告诉我们，微纳传感的核心技术点在三个方面：

一、MEMS芯片衬底隔热技术，MEMS技术利用薄膜制造工艺制得加热元件和传感元件，使MOS传感器缩小到仅一颗单芯片大小，通过1μm超薄悬膜隔热技术，使芯片中央300℃，边缘室温。

此外，传统传感器加热、降温都需要很长时间，而MEMS技术产品可以采用微区加热进行间歇式工作，温度升降时间都在几十毫秒级，几十毫秒即可从室温升至300度，有效解决传统气体传感器功耗以及尺寸问题。

二、气体敏感材料，材料会对各种不同的气体发生响应，『当测试甲醛时，便仅对甲醛敏感，对甲醛以外的其他气体不敏感。』以此针对不同的应用开发不同的敏感材料，如测室内空气污染的TVOC传感器、测洗手间臭味的氨气传感器、测消毒杀菌的臭氧传感器。

雷鸣告诉我们，气体敏感材料在市面上没有公开产品售卖，大多由厂家自主研发，『钢的主体材料都是铁元素，但各种微量元素以及制造的工艺对材料的性能影响非常大，导致一些钢的质量差距非常明显。气体敏感材料的主体材料为二氧化锡、三氧化物，但 内部微量元素与制造工艺的不同，会造成较大的性能差距。 』

此外，气体敏感材料在加热后，会与环境中的氧化性、还原性两类气体发生化学反应，影响材料中的得失电子，进而造成电导率变化，反应产物是二氧化碳、水，以及可挥发性物质，这种可逆性使得环境中的气体消失后，材料即可恢复正常状态，重复使用。

三、算法，雷鸣表示，TVOC传感器对环境里所有的可挥发有机气体响应都比较强，而室内空气质量环境非常复杂，TVOC可能有几百甚至上千种，如果每一种都用不同的传感器检测，成本将非常巨大，所以需要一个传感器对各种不同气体都有响应，微纳传希望通过算法识别有害气体种类。

由于反应在有氧化性和还原性的情况下都会发生，便只能通过 强弱 程度区分气体种类，目前有两种方案。

• 阵列式多像素传感器，一个产品会用到多个传感器，传感器上的材料对不同气体的敏感程度、响应特性完全不同。通过人工智能的算法收集数据，以不同的工作模式识别气体，当传感器响应比值符合某种规律的时候，可以推断气体种类。
• 温度调制技术，化学反应涉及到材料的化学活性，而加热也是为了提高其反应活性。不同的气体与不同材料发生反应时，电导变化最佳的反应温度点是不同的。『 而MEMS芯片温度升降非常快，为在不同的温度下测试传感器的响应提供了便利，如甲醛在240°时响应最强，酒精在280°时响应最强，这种方式也可推断混合性气体。』

在狭义的概念中，空气污染多被定义为室外空气污染，但研究表明，室内空气污染程度比室外空气污染程度严重2-3倍，已成为危害人类健康的隐形杀手。『室内家具、装饰材料在制造过程中会产生的有机挥发物及TVOC工艺溶剂残留，使用过程中就对健康造成极大危害。』

李佳枫告诉我们，微纳传感器目前大多应用于检测室内空气质量、汽车尾气及异味，作为做空气净化器、甲醛检测器等设备的上游供应商，主要面向B端客户。

现阶段，微纳传感与海尔智能开关进行深入合作，打造智能家居里的闭环空气改善，『通过在室内空气开关上安装节点，当传感器探测到空气质量达到某个值时，可联动新风系统或空气净化器等方式进行改善』，智能开关以平板形式展现，可通过屏幕监测室内空气质量，目前已量产。

此外，微纳正与方太对接智能油烟机的项目，通过烟量大小自动调整风机的风速，一方面实现智能控制，另一方面实现节能。『目前微纳合作客户达一百多家，针对不同行业的应用在算法上做区别，芯片作为标准化产品输出。』

气体传感器的应用涵盖交通、环境、建筑、医疗、工业等多个领域。 『白电厂家希望我们可以提供单独的一氧化碳、甲烷、臭氧气体传感器，赋能智能家居，带来高溢价。』李佳枫告诉我们，甲烷可用于煤气灶的双重防护，检测煤气泄露并及时处理；一氧化碳可用于热水器，当热水器燃烧不充分时会释放一氧化碳，浓度过高将直接致命；臭氧可实现消毒柜杀菌。

『由于传统气体传感器体积和发热量大，仅用于高端车型的自动空气改善，后期会逐渐加上一氧化碳传感器，预防车内睡觉窒息事件。』还可应用于监测新能源汽车电池漏液、检测电子烟的尼古丁含量等。

国内的传感器行业市场偏向于中低端，中高端以进口为主 ，而微纳传感器在开发初期就以品质和性能为主导，对标于全球领先的高性能模拟集成电路设计及制造商奥地利微电子公司，『目前性能已经相当接近，而价格只有他们的一半。』

李佳枫介绍，国外同类产品的价格约200元，而微纳传感器的价格在18元以内，相比国内传统的传感器，微纳传感器的体积减小了98%，功耗降低了99%，具有更高的灵敏度和更低的综合成本。

在具体的应用中，气体传感器可实现有害气体预警及节能减排，但除了基本的检测功能外，基于大量精确数据的联动或许是未来的发展方向。

- End -

裸泳已进驻今日头条、新浪、 易、天天快 、搜狐、九派、大鱼号、雪球等，敬请关注