楊 斌

(科技部高技術(shù)研究中心，北京 100044)

0 引 言

汽車技術(shù)發(fā)展特征之一是越來越多的部件采用電子控制，傳感器在其中發(fā)揮了重要的作用。隨著新一代物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和人工智能(AI)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車的安全、節(jié)能和自動(dòng)化智能程度的要求不斷提升。目前，普通汽車上的傳感器已達(dá)幾十只，高端汽車的傳感器已達(dá)百余只。其中，用于監(jiān)測(cè)汽車尾氣、車內(nèi)空氣污染物和駕駛員呼氣、以及新能源汽車燃料泄露的各類氣體傳感器的研究和應(yīng)用已取得很大進(jìn)展，對(duì)于保障汽車安全、高效運(yùn)行和節(jié)能環(huán)保起到了重要作用。最早運(yùn)用于汽車的氣體傳感器是基于固態(tài)電解質(zhì)的氧傳感器。最近10年，隨著電子技術(shù)的突破和納米材料的引入，多種新型氣體傳感器成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并成功運(yùn)用于汽車領(lǐng)域，一方面，進(jìn)一步提高了汽車尾氣的排放水平，用以滿足日益苛刻的環(huán)保要求；另一方面，也提高了車廂內(nèi)的駕乘環(huán)境，提升了舒適度。

新一代物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)的發(fā)展對(duì)高靈敏度、高可靠性氣體傳感器和芯片提出了迫切需求，也為車載氣體傳感器帶來了新的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇。車載氣體傳感器相比于其他領(lǐng)域的氣體傳感器有著更高的要求，需要具備高靈敏度、高智能、低功耗、小體積、長(zhǎng)壽命、易集成、抗沖擊的特點(diǎn)。隨著微納加工技術(shù)、人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)有更多、更智能的氣體傳感器元件和芯片在汽車行業(yè)中得到運(yùn)用，進(jìn)一步提升燃油效率與對(duì)環(huán)境感知的能力。另外，隨著氫能源汽車的投入使用，對(duì)氫燃料泄漏的探測(cè)十分重要。

本文結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜述了車載傳感器國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)展望了人工智能時(shí)代車載氣體傳感器的應(yīng)用。

1 車用氣體傳感器種類與工作原理

最早用于汽車的氣體傳感器是用于燃燒過程控制的氧傳感器。20世紀(jì)50年代至60年代，Kiukkola，Wagner，Peters和Mobius根據(jù)能斯特原理開發(fā)了固態(tài)電解質(zhì)氧分壓傳感器，并成功用于汽油機(jī)燃燒過程控制，極大地提高了汽油機(jī)燃油效率與排放水平。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃料與空氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出熱量，當(dāng)燃料與空氣的比值(空燃比)在14.7時(shí)，燃料充分燃燒，這個(gè)也被稱為最佳空燃比。當(dāng)空燃比大于此值時(shí)，空氣的量較多而燃料的量較少，此時(shí)燃燒產(chǎn)生的熱量會(huì)被多余的空氣所帶走，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。另一方面，當(dāng)空燃比小于此數(shù)值時(shí)，燃料的量較多，空氣的量較少，燃料不能完全燃燒，燃料的化學(xué)能沒有完全釋放出來，也會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣氣氛種類與體積分?jǐn)?shù)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳條件下，可以提高燃料的利用率，進(jìn)而降低污染氣氛的排放。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的溫度在600 ℃以上，因此氧傳感器需要工作在較高的溫度。氧化鋯(ZrO2)在高溫下(700～1 200 ℃)為優(yōu)秀的氧離子導(dǎo)體。在ZrO2兩端的氧氣體積分?jǐn)?shù)不同時(shí)，其體內(nèi)氧離子會(huì)從氧氣高體積分?jǐn)?shù)一端向低體積分?jǐn)?shù)一端移動(dòng)，進(jìn)而形成電流(圖1)。根據(jù)該原理，采用釔摻雜氧化鋯(YSZ)進(jìn)一步提高敏感材料的穩(wěn)定性和氧離子的傳輸性能，設(shè)計(jì)出了濃差電池型氧傳感器，并由博世公司在1976年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常將傳感器的一端通入?yún)⒈瓤諝猓硪欢吮┞队谄囄矚庵?，測(cè)量相應(yīng)的電勢(shì)，來計(jì)算出汽車尾氣的氧含量。該類型傳感器具有工作溫度高、響應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，一直用于內(nèi)燃機(jī)燃燒過程控制中[1]。

圖1 ZrO2氧傳感器原理

隨著人們對(duì)生活環(huán)境越來越重視，對(duì)車內(nèi)環(huán)境的要求也越來越高。車廂內(nèi)是乘員活動(dòng)的主要場(chǎng)所，車廂內(nèi)環(huán)境氣氛會(huì)影響乘員健康，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危害行車安全。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣可隨著空調(diào)外循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入車廂中，廢氣中的氮氧化物會(huì)刺激人體呼吸系統(tǒng)，引發(fā)駕乘人員的不適，甚至影響駕駛員判斷。若長(zhǎng)期使用空調(diào)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，會(huì)使得車廂內(nèi)二氧化碳(CO2)體積分?jǐn)?shù)升高，當(dāng)CO2體積分?jǐn)?shù)較高時(shí)會(huì)使人感到胸悶、頭昏、心悸，嚴(yán)重影響駕乘人員的感受，危害行車安全。另一方面，飲酒駕駛已成為目前危害行車安全的重要因素之一，車輛主動(dòng)預(yù)防酒駕是控制酒駕的方式之一。在車廂內(nèi)主駕駛一側(cè)安裝酒精探測(cè)器可以有效檢測(cè)駕駛員的飲酒狀態(tài)，保證行車安全。由于車廂內(nèi)空間有限，同時(shí)需要監(jiān)測(cè)較多種類的氣氛，因此需要各類不同原理的小型氣體傳感器。

半導(dǎo)體氣體傳感器工作原理：當(dāng)氣體吸附在氣敏材料表面時(shí)，會(huì)與敏感材料發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致敏感材料的電子發(fā)生得失，從而改變氣敏材料的電學(xué)性能，通過檢測(cè)其電學(xué)性能的變化，即可準(zhǔn)確檢測(cè)氣體。相比其他種類的氣體傳感器，這類傳感器的優(yōu)勢(shì)是制備簡(jiǎn)單，成本低廉，易于陣列化裝配，已應(yīng)用于室內(nèi)污染物監(jiān)控中。

半導(dǎo)體氣體傳感器的響應(yīng)機(jī)理主要是氧離化模型(又稱Langmuir-Hinshelwood模型)，具體指的是半導(dǎo)體材料在空氣狀態(tài)下吸附環(huán)境中的氧氣分子，發(fā)生如下的反應(yīng)(圖2)[2]

圖2 半導(dǎo)體氣體傳感器工作原理

這樣，在材料的表面電子的數(shù)量會(huì)減少，形成耗盡層。當(dāng)外界的氣氛發(fā)生改變時(shí)，其他氣體分子會(huì)與吸附的氧負(fù)離子反應(yīng)，將電子還給材料

此時(shí)，材料的電學(xué)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，這個(gè)過程即是材料的氣敏響應(yīng)。不同的敏感材料會(huì)吸附不同的氣氛，通過選擇合適的敏感材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體的響應(yīng)。

紅外氣體傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性，利用氣體體積分?jǐn)?shù)與吸收強(qiáng)度關(guān)系來檢測(cè)氣體組分并確定其體積分?jǐn)?shù)的氣體傳感裝置。不同的氣體分子由于其原子組成和分子結(jié)構(gòu)不同，會(huì)吸收不同波段的紅外光譜，即該氣體分子的特征吸收譜線，同時(shí)，其吸收譜線的強(qiáng)度與氣體體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，因此，可以通過確定吸收譜線的峰位與強(qiáng)度來確定檢測(cè)氣體的種類與體積分?jǐn)?shù)。

非色散紅外(non-dispersive infrared，NDIR)光譜法氣體傳感器主要由光源、氣腔、濾光片與紅外探測(cè)器組成，光源提供寬譜的紅外光，待測(cè)氣體進(jìn)入氣腔，濾光片將被氣體吸收后的紅外光過濾成特征波段的紅外光，采用紅外探測(cè)器來探測(cè)特征波段紅外光的強(qiáng)度(如圖3)。該特征峰的強(qiáng)度與濃度滿足朗伯—比爾(Lambert-Beer)定律：I=I0exp(-KLC)。因此,可以通過該公式計(jì)算得到待測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。

圖3 紅外NDIR氣體傳感器原理

隨著微納加工技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體氣體傳感器與紅外氣體傳感器可實(shí)現(xiàn)更小尺寸的加工制造，實(shí)現(xiàn)陣列化集成，同時(shí)大幅降低尺寸與功耗。陣列氣敏元件配合深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可以完成復(fù)雜環(huán)境中的氣氛精確識(shí)別，非常適合車內(nèi)氣氛的監(jiān)測(cè)。

2 汽車尾氣監(jiān)測(cè)用氣體傳感器研究與應(yīng)用

1976年,德國(guó)博世公司率先成功實(shí)現(xiàn)YSZ氧傳感器的批量生產(chǎn)并用于發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。20世紀(jì)90年代，博世公司將氧傳感器的制備工藝進(jìn)行升級(jí)，結(jié)合絲網(wǎng)印刷工藝完成平板式Y(jié)SZ氧傳感器制備與量產(chǎn)，進(jìn)一步鞏固了其領(lǐng)先地位。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為了進(jìn)一步提高燃料利用效率，越來越多的發(fā)動(dòng)機(jī)選擇缸內(nèi)直噴與缸內(nèi)分層燃燒技術(shù)，這些技術(shù)要求發(fā)動(dòng)機(jī)工作在稀薄燃燒區(qū)域中(即空氣過剩，典型空燃比為22)，同時(shí)需要精確控制空燃比。傳統(tǒng)的基于YSZ濃差電池型氧傳感器在此區(qū)域靈敏度顯著降低，無法勝任。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)稀薄燃燒區(qū)的空燃比的精確控制，在氧化鋯濃差電池型的基礎(chǔ)上，研制了極限電流型與寬域型氧傳感器。這兩種氧傳感器結(jié)合氧泵原理與氧濃差電池原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)更大范圍的氧分壓變化的測(cè)量[3]。另一方面，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在稀薄燃燒區(qū)中，過量的氮?dú)鈺?huì)與氧氣在高溫下反應(yīng)生成氮氧化物，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。在汽車尾氣處理中，會(huì)選用三元催化劑將氮氧化物催化反應(yīng)成氮?dú)庠倥欧诺娇諝庵小ｋS著汽車排放要求的日益嚴(yán)格，為了更好地控制氮氧化物催化反應(yīng)的過程，在汽車尾氣排放中也需要相應(yīng)傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氮氧化物的體積分?jǐn)?shù)。基于ZrO2基氧傳感器的成功應(yīng)用，開發(fā)出了混成電位型氮氧化物傳感器。該傳感器選用能與氮氧化物反應(yīng)的金屬氧化物材料作為敏感電極，配合金屬Pt參比電極，比較敏感電極與參比電極的電勢(shì)差即可推算出氮氧化物體積分?jǐn)?shù)[4]。根據(jù)目前汽車尾氣排放的要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)總成系統(tǒng)中，至少需要1只氧傳感器與1只氮氧化物傳感器。

由于國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)起步較晚，核心發(fā)動(dòng)機(jī)總成一直依賴進(jìn)口，因此，在前裝市場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)在發(fā)動(dòng)機(jī)總成中一直使用德國(guó)博世公司與日本電裝、NGK公司的氧傳感器與氮氧化物傳感器。隨著國(guó)內(nèi)汽車保有量持續(xù)的增加，國(guó)產(chǎn)化程度持續(xù)深入，國(guó)產(chǎn)氧傳感器與氮氧化物傳感器在前裝與維保市場(chǎng)中有巨大的市場(chǎng)。寧波大學(xué)簡(jiǎn)家文教授課題組一直從事氧化鋯基氧傳感器的研究，研發(fā)出一系列片式極限電流型、寬域型氧傳感器，并成功應(yīng)用于汽車后裝、維修配件市場(chǎng)[5,6]。吉林大學(xué)盧革宇教授團(tuán)隊(duì)一直致力于混成電位傳感器的研究，包括敏感電極材料與整體結(jié)構(gòu)，開發(fā)出了一系列金屬氧化物材料作為敏感電極，提升了混成電位傳感器的性能[7,8]。

3 車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)用氣體傳感器研究與應(yīng)用

氮氧化物會(huì)對(duì)人類身體健康產(chǎn)生重大的影響，如產(chǎn)生神經(jīng)退行性疾病、肺氣腫、支氣管炎等呼吸道疾病，車廂內(nèi)氮氧化物主要來源于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣。但在尾氣檢測(cè)中采用的混成電位傳感器無法在車廂中使用。因?yàn)?，該傳感器需要工作?00 ℃，車廂中電源無法提供如此高的能耗，同時(shí)，在車廂中氮氧化物體積分?jǐn)?shù)一般低于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中，該類型傳感器無法檢測(cè)低體積分?jǐn)?shù)的氮氧化物的變化。由于氮氧化物具有一定的極性，半導(dǎo)體氣體傳感器會(huì)對(duì)其有較好的響應(yīng)。但傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體(ZnO、SnO2等)仍需要一定溫度激活(300～400 ℃)才能與之響應(yīng)，且響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間達(dá)到分鐘級(jí)別，仍然無法在該場(chǎng)景使用。華中科技大學(xué)劉歡教授課題組采用膠體量子點(diǎn)無機(jī)配體置換策略，制備了具備室溫響應(yīng)的量子點(diǎn)硫化鉛氮氧化物傳感器，根據(jù)膠體量子點(diǎn)表面活性高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在室溫條件下對(duì)氮氧化物的高響應(yīng)。該傳感器對(duì)體積分?jǐn)?shù)為50×10-6的NO2的響應(yīng)達(dá)到21，同時(shí)具有快速的響應(yīng)與恢復(fù)(小于30 s)，檢測(cè)限低至84×10-9[9]。該量子點(diǎn)氮氧化物傳感器可以顯著降低傳感器功耗，滿足車載應(yīng)用要求。

飲酒駕駛會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患，在車廂內(nèi)對(duì)酒精(乙醇)的檢測(cè)具有重要的意義。乙醇也具有一定極性,半導(dǎo)體傳感器會(huì)對(duì)其有較好的響應(yīng)。市面上已有較多的乙醇傳感器投入使用，但大多數(shù)乙醇傳感器性能會(huì)隨著濕度變化而發(fā)生漂移。在酒駕監(jiān)控應(yīng)用中，由于人體呼出氣中有較多的水分，無法使用傳統(tǒng)的乙醇傳感器。如何能消除測(cè)試中水分的干擾是實(shí)現(xiàn)該應(yīng)用的關(guān)鍵。韓國(guó)高麗大學(xué)Lee J H 課題組研發(fā)了PbTiO3鈣鈦礦型乙醇?xì)怏w傳感器，利用該鈣鈦礦材料的特殊形貌與性能，實(shí)現(xiàn)了在20 %～80 %RH濕度環(huán)境下對(duì)乙醇?xì)怏w的響應(yīng)保持恒定，同時(shí)，檢測(cè)下限達(dá)100×10-9，滿足酒駕監(jiān)測(cè)的要求[10]。

長(zhǎng)時(shí)間使用空調(diào)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)會(huì)使得CO2氣體積累，當(dāng)CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到2 %時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頭暈、頭痛、肌肉無力、全身酸軟等不適之感，危害駕乘人員的身體健康，引發(fā)行車事故。CO2是惰性氣體，在常溫下一般不與敏感材料發(fā)生反應(yīng)。采用傳統(tǒng)的化學(xué)測(cè)量的方法較難準(zhǔn)確測(cè)定其體積分?jǐn)?shù)。而CO2在4.2 μm紅外光譜范圍內(nèi)存在特征吸收峰，因此采用紅外NDIR傳感器來檢測(cè)CO2具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但傳統(tǒng)的NDIR傳感器由于尺寸較大，無法在車廂內(nèi)集成。隨著微納技術(shù)的發(fā)展，采用半導(dǎo)體光源與微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制備的微型氣腔與探測(cè)器，使得NDIR氣體傳感器的尺寸大幅縮小。英國(guó)GSS公司開發(fā)的NDIR CO2傳感器尺寸已縮小至2 cm，精度可達(dá)70×10-6，已滿足車載使用要求[11]。

汽車車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)復(fù)雜，傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體敏感材料難以勝任，需開發(fā)基于量子點(diǎn)、鈣鈦礦等多種高性能敏感材料。同時(shí)，汽車車廂空間有限，且供電受限，要求氣體傳感器具有微型化、低功耗的特點(diǎn)。借助于微納加工技術(shù)的發(fā)展，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得半導(dǎo)體傳感器與紅外NDIR傳感器尺寸功耗相對(duì)之前有大幅縮小。同時(shí)，車廂內(nèi)探測(cè)氣體種類需求較多，單傳感器無法完成所有的氣體的檢測(cè)。在縮小尺寸的基礎(chǔ)上，需要將多只、多種傳感器集成在一起，形成傳感器陣列，獲得環(huán)境全方位的數(shù)據(jù)(氣體體積分?jǐn)?shù)、溫、濕度等)，完成多種特定氣體的識(shí)別。目前，德國(guó)博世公司和瑞士Sensirion公司已開發(fā)出集成4種半導(dǎo)體氣體傳感器與溫、濕度傳感器的氣敏陣列模組，用于環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)[12,13]。下一步，研發(fā)新型高性能敏感材料、異質(zhì)集成多種傳感器形成陣列、融合深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生物嗅覺系統(tǒng)的模擬，完成智能人工嗅覺系統(tǒng)構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車廂復(fù)雜環(huán)境中不同氣氛的精準(zhǔn)識(shí)別，為營(yíng)造舒適駕乘環(huán)境，保障行車安全提供支持。

4 新能源汽車用氫氣傳感器研究與應(yīng)用

氫能被公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ母咝娲履茉?，具有能量密度大、轉(zhuǎn)化效率高、儲(chǔ)量豐富和適用范圍廣等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)零排放，氫燃料電池汽車是人們寄予希望邁入“氫能時(shí)代”的突破口。國(guó)內(nèi)也在氫能源汽車上實(shí)施了一系列促進(jìn)政策。另一方面，氫氣是一種無色無味的易燃性氣體，空氣中體積分?jǐn)?shù)為4.1 %～74.8 %時(shí),極易引爆，帶來一定的安全隱患。因此，在氫能源汽車中急需快速響應(yīng)的氫氣傳感器來監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氫罐泄漏，以便及時(shí)切斷儲(chǔ)氫罐氫氣供應(yīng)，保障氫能汽車的安全。傳統(tǒng)的催化燃燒式傳感器已無法滿足氫能源汽車的使用要求。催化燃燒式傳感器是依據(jù)可燃?xì)怏w催化燃燒產(chǎn)生熱效應(yīng)的原理進(jìn)行檢測(cè)，其傳感器需要工作溫度在400 ℃以上，不僅功耗較高，而且，當(dāng)氫氣泄漏體積分?jǐn)?shù)較大時(shí)，會(huì)存在安全隱患，同時(shí)，該類傳感器對(duì)各類可燃?xì)怏w(例如碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?都十分敏感，導(dǎo)致選擇性不足。

貴金屬材料對(duì)于氫氣有獨(dú)特的催化性能，傳統(tǒng)催化燃燒式傳感器也采用貴金屬做敏感材料，貴金屬與氫氣之間的催化反應(yīng)同樣會(huì)引起材料的電子得失。但在常溫或低溫下，該反應(yīng)較弱，采用傳統(tǒng)對(duì)電極方式測(cè)試時(shí)信號(hào)較小，無法完成檢測(cè)。場(chǎng)效應(yīng)管(field effect transistor,FET)式氣體傳感器是采用場(chǎng)效應(yīng)管作為轉(zhuǎn)換器件，敏感材料作為修飾柵極，利用場(chǎng)效應(yīng)管的電場(chǎng)調(diào)制效應(yīng)進(jìn)行氣敏測(cè)試。敏感材料在與氣體進(jìn)行反應(yīng)后，場(chǎng)效應(yīng)管的半導(dǎo)體電學(xué)特性(電導(dǎo)率、載流子濃度、遷移率、閾值電壓等)會(huì)隨著氣體體積分?jǐn)?shù)發(fā)生變化。FET型氫氣傳感器采用金屬鈀作為柵極，利用鈀的催化作用使氫氣分子電離引起鈀的功函數(shù)發(fā)生相應(yīng)改變來獲取氫氣體積分?jǐn)?shù)信息(圖4)。采用該器件結(jié)構(gòu)時(shí)，敏感材料上微弱電信號(hào)的改變可以通過場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行放大，特別適合于低溫及微量體積分?jǐn)?shù)氣體的檢測(cè)。韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)研究院Inkyu Park課題組采用Pd敏化的Si納米線作為柵極實(shí)現(xiàn)了在室溫對(duì)體積分?jǐn)?shù)為0.1 %氫氣的檢測(cè)，響應(yīng)度達(dá)到2.5[14]，美國(guó)加州大學(xué)河濱分校Myung課題組采用Pd敏化單壁碳納米管作為柵極實(shí)現(xiàn)了在室溫對(duì)于體積分?jǐn)?shù)為500×10-6氫氣的檢測(cè)，響應(yīng)度達(dá)到1.13[15]?？梢钥闯?，F(xiàn)ET氫氣傳感器由于具有獨(dú)特的電流調(diào)制效應(yīng)和放大效應(yīng)，在精度和檢測(cè)限等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，適合于氫能源汽車中的應(yīng)用。

圖4 FET頂柵型氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意

5 總結(jié)與展望

隨著人工智能技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新和與經(jīng)濟(jì)社會(huì)深度融合，人工智能產(chǎn)業(yè)已上升為國(guó)家戰(zhàn)略，智能傳感器正成為各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相角逐的技術(shù)高點(diǎn)之一。國(guó)務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“發(fā)展支撐新一代物聯(lián)網(wǎng)的高靈敏度、高可靠性智能傳感器件和芯片”。汽車智能化程度進(jìn)一步提高，車載氣體傳感器將在動(dòng)力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮巨大的作用。在動(dòng)力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中，根據(jù)路面狀況與行駛動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒過程，精確控制空燃比，降低污染排放；或是監(jiān)控氫氣泄漏狀況，提高氫能源汽車安全性。在車廂環(huán)境監(jiān)測(cè)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車廂中污染物和二氧化碳體積分?jǐn)?shù)，合理控制空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)作，營(yíng)造舒適的駕乘環(huán)境，保障安全行車。國(guó)內(nèi)在高性能敏感材料與氣體傳感器陣列集成化制造領(lǐng)域陸續(xù)開始布局，希望通過國(guó)家計(jì)劃的布置與牽引，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)在氣體傳感器領(lǐng)域的進(jìn)步，為氣體傳感器在汽車領(lǐng)域中的全面應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。