徐甲强(上海大学,理学院化学系,上海,200444)

（中国气湿敏传感技术专业委员会副主任委员）

2009-03-15

    传感器包括气体传感器、压力传感器、温度传感器、声传感器、光电传感器、磁传感器等众多门类。气体传感器作为传感技术领域中的重要品种，往往也涵盖了湿度（水汽）传感器、车用空燃比控制氧传感器等专用传感器，在安全生产、节能减排、环境保护、道路交通安全管理、航空航天、现代军事、防化防恐、汽车工业等领域均有广泛应用，是上述行业信息化、智能化发展的支持与保障，是确保人类生活、生产、国家战略安全的重要核心技术，也是国家间科技竞争的重要领域之一。
    气体传感器横跨功能材料、电子陶瓷、光电子元器件、MEMS技术、纳米技术、有机高分子等众多基础和应用学科。按所用气敏材料及气敏特性不同，气体传感器主要分为半导体式、催化燃烧式、电化学式、红外光学式等。用于汽车空燃比控制的氧传感器主要为固体电解质式，湿度传感器主要有功能陶瓷和有机高分子电容式。上述氧传感器和湿度传感器具有专业用途，其他气体传感器主要探测领域比较见下表：

主流气体传感器主要探测气体列表

    * 可燃气体主要包括：甲烷、丙烷等碳氢化合物，酒精、汽油、甲苯等有机蒸汽，氢气等。
    * 毒性气体主要包括： 一氧化碳、硫化氢、氮氧化合物、氯气、氨气等。

气体传感器主要探测性能比较见下表

    从全球来看，气体传感器生产商主要集中在英、日、德、美等发达国家，它们掌握了xx气体传感器的生产技术。其中车用固体电解质式氧气传感器为极少数厂家垄断，2007年全球总产量超过3000万只。湿度传感器2007年全球总产量也超过2000万只。其他各种气体传感器2007年全球总销量超过2400万支，主要制造商销售数量市场份额及主要产品品种比例见图1、2。

图1：2007年全球主要气体传感器制造商市场份额图示

图2：2007年全球主要气体传感器品种市场份额图示（销售数量）

    由上图可见，目前全球范围内，半导体式、电化学式气体传感器从数量上来看仍占较大比重，红外光学气体传感器占比相对较低。其中， 2007年度全球电化学气体传感器销量超过450万只，红外光学气体传感器约70万只，主要为英国、德国等发达国家生产制造，其市场份额比例见图3、图4。

图3：2007年全球主要电化学气体传感器制造商市场份额图示（销售数量）

图4：2007年全球主要红外气体传感器制造商市场份额图示（销售数量）

    总之，全球范围看，半导体式气体传感器以其低廉的价格和较长的使用寿命，在民用燃气检测、空气污染检测等领域仍获得大量应用。
    电化学式气体传感器在低浓度毒性气体、有机蒸汽、酒精气体、氧气的实时、xx定量检测领域，综合优势更为明显，xxx突出，在家庭一氧化碳检测领域、石油石化领域、冶金领域、煤化工领域、危化品监控领域、道路交通安全管理、环保检测领域、医疗等领域获得了广泛应用，增长迅猛。
    目前，市场上大量使用的电化学气体传感器主要由英国城市技术City、英国阿尔法Alpha、英国E2V、英国Dart、瑞士Membrapor、德国Draeger等国外公司生产控制，造成国际市场上的产品价格高昂。国内在电化学气体传感器及其应用技术方面的实验研究也不少，但大部分xx于高校、研究所等学术领域，除郑州炜盛外，很少见产业化的技术和企业。
    以红外吸收气体检测原理为代表的红外光学式气体传感器具有精度高、选择性好、灵敏可靠、反应快、测量范围宽、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显著优点，但前几年由于红外气体传感器结构复杂、维修校验操作难度较高，且光电器件发展滞后，除工业现场、实验室分析外，红外气体传感器并没有真正成为气体探测市场的主角。随着近年来高效、低压、小体积的红外光电器件不断涌现，红外气体传感器技术发展非常快。在易燃易爆气体检测中，已出现红外光学类气体检测仪器取代催化燃烧类的趋势。
    随着技术的进步和应用领域的发展，电化学气体传感器、红外光学气体传感器因其独特的优势正面临快速发展。{zx1}的市场需求估计，到2012年，气体传感器的市场比例将变成：电化学式传感器占31%、半导体式传感器占45%、红外光学式传感器占13%，催化燃烧式传感器占8%，另3%为其它类型传感器。（不含固体电解质式气体传感器）
    得益于我国科技水平的提高和经济的快速发展，“十五”期间，我国气体传感器产业保持了较快增长的速度，规模进一步扩大，在中低档产品市场产销量已跃居世界前列，成为全球重要的生产和出口基地。主要企业及产品种类如下表：

主要企业及产品种类如下表

    2006-2008年，国内气体传感器分别实现销售约363万只、459万只、613万只。
    2006-2008年，各品种按照销售数量相对份额见图5-7所示。（不含进口传感器）

图5：2006年国内主要气体传感器品种市场份额图示

图6：2007年国内主要气体传感器品种市场份额图示

图7：2008年国内主要气体传感器品种市场份额图示

    2006-2008年，按照销售数量统计，国内主要气体传感器制造商市场占有率如下表所示：

    借助国家政策扶持与产业化发展的东风，我国气体传感器企业实力得到了很大加强，国内气体传感器的总销量由2006年的360万支增加到2008年的610万支以上，行业规模得以壮大，其中增长最快的是电化学式气体传感器，2008年度已形成5.7万只的生产批量，而红外气体式传感器从无到有、发展迅速。
    但总体看来，仍存在如下问题：
    1.行业整体实力不强。
    国内企业规模都还较小、经济实力也不够强。据调研统计，截至2008年12月，已发布的从事气体传感器行业的公司约30余家，贸易型60%左右，生产型40%左右。
    国内气体传感器08年度总销量约613万只，目前国内主要的气体传感器生产厂家有郑州炜盛电子、天津费加罗（中外合资）、深圳戴维莱、太原腾星、邯郸718研究所等。销量{zd0}的郑州炜盛约330万只，距离全球{dy}的公司1000万只年销量的规模仍有一定差距。
2.自主创新能力不足。
    目前国内气体传感器企业设有省级以上技术中心仅郑州炜盛一家。除中外合资企业外，国内其他气体传感器企业大多规模小、人员少、技术人才匮乏，很多企业技术就掌握在一两人手里，加之科技投入不足、创新能力缺失，新产品推出速度缓慢，多年来国内产品仅局限在普通半导体传感器、催化燃烧传感器领域。
    3.投融资等政策环境亟待改善。
    受自身规模和各地政策限制，国内气体传感器企业的银行融资环境较差，很难通过银行融资获得发展资金，对于传感器这类技术密集、高投入、产出周期较长的产业来讲，快速发展受到极大制约。
    4.低水平竞争等问题仍较突出。
    气体传感器涉及到多种原理技术，国内气体传感器企业大多产品线较短，大部分企业仅能生产单一原理、单一品种少数几个型号的气体传感器产品。
    国内气体传感器2008年度总销量613万只中，半导体式气体传感器约493万只，催化燃烧气体传感器约114万只，电化学气体传感器不足10万只，主要在家用燃气报警检测、礼品型酒精检测仪、矿用瓦斯检测仪等低端领域激烈竞争，个别公司生产电化学传感器也xx于低端的氧气传感器和民用一氧化碳传感器，技术水平较低。相对xx的电化学式气体传感器、红外光学式气体传感器，仅郑州炜盛等公司有少量生产。
    国内xx气体传感器主要从英、日、德、美进口，价格高昂。2007年度全球电化学气体传感器销量约450万只，红外光学气体传感器约70万只，数量占全球气体传感器总量（车用氧气传感器除外）约22%，销售额却占到全球气体传感器市场总值近70%。
    各类别传感器主要生产企业技术、产品性能比较如下：

    未来几年，随着全球气体检测仪器仪表在工业生产安全、节能减排、环境保护等行业领域的应用普及，将带动气体检测仪器仪表核心元器件---气体传感器的市场需求迅速增长，气体传感器产业已进入新一轮快速增长期。
    作为气体检测仪器仪表核心元器件的气体传感器，市场需求必将大幅增加，预计全球气体传感器销量及市场需求年增长率30％以上，2010年产销量预计将达5000万只以上，市场总额超过10亿美元。
    随着中国国内经济的快速发展、城市化及工业化进程加快、环保意识的提高和法规的健全，预计中国国内市场传感器需求量年增长率35%以上，其中xx的电化学和红外气体传感器需求量将以每年50%的速度激增。

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【摘    要】

本文综述了我国气湿敏传感技术的现状和发展趋势，从多角度分析了我国气体传感器产业的发展。

【关 键 词】

气体传感器，产业发展，综述

【作者单位】

上海大学,理学院化学系,上海,200444

【参考文献】

【发表刊物】

"全国气湿敏传感技术专业委员会"网站——中国气湿敏网

【出版日期】

2009-3-15

【作者简介】

    上海大学教授
　　男，汉族，博士，博士生导师，教授。生于一九六三年五月，河南卫辉人。
　　上海大学、郑州轻工业学院教授、博士、硕士生导师,中国电子学会敏感技术分会气湿敏传感技术专业委员会副主任,河南省传感技术专业委员会主任.
　　一九八五年毕业于郑州大学化学系，获理学学士学位，一九八八年毕业于中国科技大学材料科学与工程系，获理学硕士学位，2002年至今在上海大学材料科学与工程学院攻读博士学位。现任职于上海大学，从事应用化学及材料学专业本科及硕士研究生的教学及科研工作。兼任全国气湿敏传感技术专业委员会副主任委员、河南省电子学会常务理事、河南省化学会理事、河南省职业安全与健康学会常务理事、哈尔滨工业大学出版社《材料科学与工程教材编审委员会》常务编委、河南省安全生产专家。先后被评为河南省优秀教师，河南省优秀中青年骨干教师，河南省杰出青年科学基金资助对象。
　　教学方面，主讲过无机化学、材料科学基础、传感器原理与应用、工业分析、纳米材料学、材料合成化学、环境监测等课程。出版有无机及分析化学实验、纳米材料导论、纳米材料学、材料合成化学、传感器原理与应用、传感器技术、材料加工助剂原理与应用等等九部教材著作，其中纳米材料学教材已转让台湾高教社，繁体版国际发行。
　　科研方面，主要从事纳米材料合成化学与工艺，敏感材料与器件等的研究。主持并完成中国轻工总会重点攻关、河南省自然科学基金、河南省科技攻关项目八项。仿生形态碳纤维自行车整体车架研制与开发项目1999年获河南省科技进步二等奖；催化剂在半导体气敏材料中的应用、纳米氧化锡气敏粉体的制备与应用、混杂纤维有机形态自行车、稀土超导体的离子尺寸效应与电子结构研究等项目分获1998年、2001、2002、2003年河南省科技进步三等奖。现承担有国家自然科学基金《金属氧化物一维纳米材料的合成与气敏特性研究》（项目编号：20471055，经费10万元）、河南省杰出青年科学基金《氧化铟纳米材料的合成与气敏特性研究》（项目编号：03120000800，经费16万元）、河南省高校杰出科研人才创新工程《固相法合成的纳米材料及其应用研究》（项目编号：2003KYCX008）、河南省科技攻关项目5项。
　　九十年代以来，共发表学术论文百余篇。其中在 Sensors and Actuators, Chemical Sensor, J. Rare Earth, Material chemistry and physics, Sensors,中国稀土学报，材料研究学报，无机材料学报，无机化学学报，硅酸盐学报、稀有金属材料科学与工程、功能材料与器件学报、功能材料，传感技术学报等核心期刊上发表学术论文六十余篇．其中被SCI, EI, ISTP收录三十多篇次，被CA收录四十余篇．获省自然科学及省教委优秀论文论著奖八项。