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氣體傳感器亮劍城市霧霾 可檢測多種有害氣體

時間:2017-03-06 點擊數:2062

導讀微型化與制造技術的進展,為MEMS傳感器產業的廠商開啟了嶄新的市場。為了監測與對抗都市中日益增加的空氣污染危機,人們將很快在智能手機、穿戴式設備與室內監測設備中看到氣體傳感器。根據IDTechEx估計,代工廠在未來幾年內將生產數百萬個氣體傳感器組件。


金屬氧化物(MOS)氣體傳感器是1950年代日本神戶的研究開發成果。這種感測組件由加熱至高操作溫度(300-500°C)的絲網印刷金屬氧化物層(通常是SnO2、CuO或ZnO的改進版本)組成。在此高溫下,氧吸附至表面并調整材料的導電性能,當大氣中的氣體隨后與吸附的氧反應時,即可進一步調節材料的導電性能。
這些研究發現創造了一個價值數十億美元的工業安全領域,包括偵測有毒氣體與監測碳一氧化碳的商用傳感器,一部份則來自幾個國家的法規推動。然而,這種傳感器的大外形尺寸與功率要求,使其至今仍無法被應用在更多的商用領域。

  微機電系統(MEMS)制造制程已經使得MOS傳感器實現大量生產。以前它可用于同時印制200個傳感器,但必須在實驗室中以多層印刷材料進行。透過火焰熱解的材料制造與沈積新方法意味著一座代工廠中每天可制造數百萬個傳感器。由于使用微型加熱板,對于功率的要求已經大幅降低了十倍,如今的傳感器功耗還不到10mW。
這種被稱為MEMS或CMOS氣體傳感器的新一代化學傳感器,可讓MOS感測原則微縮至組件級。他們適于被整合至許多低功耗的手持設備中,例如手機與平板以及穿戴式徽章和首飾。這種傳感器具有偵測空氣中污染物的能力,即將為環境氣體傳感器帶來重大影響,IDTechEx預計這一市場將持續擴大,在2027年以前達到30億美元的市場規模。
這種制造制程的革命,也為氣體傳感器產業帶來了幾次收購。最值得注意的是AMS收購Cambridge CMOS Sensors (CCS)——這是一家從劍橋大學和華威大學獨立出來的公司。
Cambridge CMOS Sensors憑借其利用創新封裝技術制造傳感器的關鍵地位,在不到六年的時間內從早期發展階段一躍而成為氣體傳感器技術的領導廠商之一。AMS很快地看到中國市場快速成長,智能手機與健身追蹤器用的組件開始用于作為環境監測器以及監測酒精含量的呼吸器。
較傳統的MOS氣體傳感器制造商急于趕上這些新興廠商。日本Figaro Engineering推出了一系列微型傳感器,搭配主要用于一氧化碳監測的傳感器組合,如今在美國和歐洲大多數的家庭中都可以看到相關應用。
Sensirion最近出售旗下整個氣壓傳感器部門,集中各種資源發展不斷成長中的環境氣體傳感器。該公司將在2017年發表首款氣體傳感器,該組件在單個微型電熱板上使用多種金屬氧化物材料,可在尺寸僅2.45 x 2.45 x 0.9 mm的傳感器上測量傳感器上的多種氣體。
這些進展正推動氣體傳感器朝向消費電子設備發展,預計將在未來五年即可看到大幅成長。為了監測與對抗全球都市中日益增加的空氣污染危機,很快地將在智能手機、穿戴式設備與室內監測設備中看到這組件。



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