近日，苏州纳格光电科技有限公司（以下简称“纳格公司”）研发的氢燃料电池电动汽车用氢气传感器通过国内某知名汽车企业的严格车规测试，为下一步全面实用化进入整车奠定基础。
氢能源是终极的清洁能源，是中国新能源未来发展的重点领域。近年来国家开始部署氢能发展与利用，国内主要车企均已开展氢燃料电池电动汽车的研发。但氢气是一种非常活泼的易燃易爆气体，氢能产业的发展离不开氢气的检测，从制氢站、储氢站、运输车、加氢站都需要氢气的检测。以氢燃料电池汽车为例，一般需要配置3—5个氢气检测模块。因此，随着氢能产业的发展，氢气传感器必将迎来大规模发展和普及。但是，目前车规级的氢气检测模块尚无国产化。纳格公司从2017年底受国内某汽车企业委托，开始研发具有自主知识产权的国产氢气传感器。经过两年多的努力，公司研发团队创造性地结合了纳米材料批量印刷技术与MEMS工艺，研制出新型国产氢气传感器。最近，批量制备的氢气传感器通过了严苛的车规标准测试。在性能测试方面包括精度、线性度、响应恢复时间、高温响应、低温响应、湿度、醉氢、中毒、选择性测试、15000次冲击测试等；在环境测试方面包括湿热、结露、温度梯度、温度交变、高温48小时、低温48小时、防水防尘、跌落、加速度冲击、震动、化学试剂耐抗性等。
目前MEMS气体传感器基本上都是采用标准的半导体工艺制备而成，MEMS气体传感器在工作时，核心传感区域的温度在200℃—500℃之间，长时间高温工作对传感材料的热稳定性提出了很高的要求；而催化燃烧气体传感器在工作情况下遇到高浓度可燃气体时，传感器表面温度可能瞬间达到600℃以上，所以对于MEMS气体传感器而言，耐高温冲击性也是一大考验。纳格公司研发团队将公司先期开发的纳米材料批量印刷技术与晶硅MEMS工艺创造性结合，可以一次性在6英寸晶圆上印刷制备4000个传感器芯片（图1-2），大大降低了传感器制造成本，并提高了传感器性能的一致性（图3）。所采用的新材料工艺使制备的氢气传感器能够抵抗高浓度氢气带来的高温冲击，并在高低温环测中具有良好的稳定性（图4）。目前公司的氢气传感器采用车规标准制备，并通过车规测试，性能指标达到或好于国外同类产品（表-1）。公司已开始为国内车企开发的氢燃料电池电动汽车批量供货，全面取代进口车载氢气传感器。同时，纳格公司还采用同类技术研制出具有优异性能的民用可燃气体传感器。
图1 6英寸晶圆上印刷制备的传感器阵列
图2 封装后的氢气传感器
图3 三个氢气模组测试不同氢气浓度的响应值，氢气浓度分别为：0%、 0.1%、 0.2%、 0.5%、 1%、 1.5%、 2%、 2.5%、 3%、 3.5%、4%、 3.5%、 3%、 2.5%、 2%、 1.5%、 1%、 0.5%、0.2%、 0.1%、 0%
图4 氢气传感器温度特性曲线
表1 纳格公司的氢气传感器与国外商用传感器对比数据
苏州纳格光电公司的主要产品有氢气传感器、可燃气体传感器、氧气分析仪等，后期会陆续推出便携式氢气探测仪、氢气分析仪等产品。
