项目名称

国产芯片级气体传感器研发及产业化应用



封面图

姓名

何礼鹏

学校年级专业

德国德累斯顿工业大学电子工程与信息系统工程2025届博士

项目简介

团队以有机半导体材料金属酞菁(MPc)为敏感材料,首创了通过结合高导电性能的石墨烯量子点(GQDs),并辅以蓝紫色激光(405nm,50mW)诱导等离子效应,实现了低功耗情况下对NO 、NH 等气体分子的高灵敏2 3检测(ppb量级)以及快速响应和恢复(秒量级)。此外,通过改良了一种MEMS工艺中的光刻剥离(lift-off)技术,已经实现在硅基、陶瓷基和柔性基底上制作微型传感器叉指电极,具有尺寸微小(0.10mm2)、信号传导快、规模化制备的优势。本项目可以有效解决传统半导体式气体传感器必须高温激发、加热恢复、检测精度和检测极限不足等难题,并且具有结构稳定、制作成本低廉、特异性强等优势。本项目申请各类知识产权100余 项,包含了专利、软件著作权、商标等多种形式,在材料、器件、设备和软件上进行了全面的布局,将推动半导体式气体传感器的发展,对提高气体监测系统整体的便携度和智能化水平将发挥积极作用,助力中国环保、 安全监测等事业。目前,项目累计服务客户超300家、间接覆盖客户超千家(其中不乏大型国央企、省部直属科研院所),主要应用在工业污染监测、生产流程监测、安全泄露监测、大气环境监测及室内环境监测等领域。此外,项目也在积极布局新能源电池监测、低空巡检、体外无创诊断、机器人智慧感知等多个新兴领域的气体监测需求,已经与多家头部企业达成对接合作。项目已建成一期量产线,预计2025年产能达到100万颗,2026年产能达到 200万颗。

项目团队

总经理 何礼鹏:上海交通大学本硕,德国德累斯顿工业大学博士,主修半导体器件及微系统控制方向,累计发表专利软著30余项。曾供职于长电科技、华虹半导体等知名芯片企业,具有丰富的半导体材料、芯片加工封测经验。 技术总监 蒋文凯:上海交通大学博士,东南大学博士后,现担任同济大学/井冈山大学联合实验室研究员,微纳米加工及传感器研发与产业化工作10余年,累计发表学术论文33篇,授权专利25项,软件著作权13项。 电子设计负责人 耿孝谨:上海交通大学硕士,中国研究生电子设计竞赛一等奖,曾供职于新思半导体,曾供职于微软中国。 材料设计负责人 景亚妮:材料学硕士,曾供职于中芯国际,曾供职于恩捷股份。 市场总监 马伟平:浙江大学本科,曾供职于德州仪器,曾供职于赛默飞世尔。 团队荣誉: 2022年 获得阿里巴巴(阿里生态企业)诸神之战数字经济赛道新锐奖 2022年 获得南京市海外高层次人才团队组一等奖 2023年 获得中国工业智能设计创新交流大赛金奖 2024年 获得中国青年创青春大赛数字经济组金奖 2024年 获得WGDO绿色设计国际大奖提名 2024年 获得中国青年绿色发展大赛华东赛区一等奖/全国二等奖 2025年 获得中国青年碳中和创新大赛全国特等奖 2025年 获得南京市登峰人才企业

项目商业模式

行业背景: 气体传感器作为一种将气体信息转化成对应电信号的电子元器件,广泛应用于环境监测、医疗诊断、自然灾害、生产安全和国防军工等领域。随着气体传感器灵敏度、选择性、稳定性的提高,其已经逐渐取代传统的 质谱、光谱、气相色谱等分析仪器检测气体的方式,成为主要的监测大气污染状况的方式。根据《2024年全球及中国气体传感器产业深度研究报告》的分析预测,过去5年全球气体传感器保持7.3%的年复合增长率,2025 年全球气体传感器需求量将增长至5.18亿颗,市场规模将达到32.6亿美金(约230亿人民币),搭载气体传感器的相关仪器设备市场规模高达400亿美金(约2600亿人民币)以上。随着国家提出“碳达峰、碳中和”“绿水 青山就是金山银山”等低碳环保政策,气体传感行业将迎来新一轮发展机遇。 销售模式: 团队以MEMS 工艺制备的微型化半导体式传感器作为进入气体监测领域的突破口,将在此基础上发展出气体传感模块、气体监测设备和环境保护的综合解决方案来。 1传感器件 即上文所制备的微型化半导体式气体传感器件,只需要将他们连接在采集设备上,就可以直接用于例如石化行业、钢铁行业、采矿行业的有毒有害气体监测,典型目标客户包括中石油、中石化和宝武集团等。 2传感模块 通过外设标准接口(USB、网口、485、232等)形成标准化的气体传感模块,可以方便进行接插。这类产品可以与现有的移动终端或车载等进行直接使用。典型目标客户包括吉利集团、上汽集团、江苏友穗等。 3气体监测设备 此外,我们也将和气体监测设备企业进行合作,推出整机产品,来适应日新月异的环保监测需求。典型目标客户包括宇凌环保、力辰科技。 4环境监测综合解决方案 基于上述的技术和产品,团队可以提供一整套环境监测的方案,包括布置传感器的种类、数量、位置等,此外,团队在多年的传感器研发过程中对传感器数据采集、分析和处理能力的积淀,可以高效地处理多维度传感器的数据来判断环境情况。典型目标客户包括台州湾工业区、杭州湾石化区等。

项目盈利能力

市场拓展: 直接销售:目前已经直接对接客户300余家。 经销网络:通过经销商覆盖客户超2000家。 展会:参加展会、交流会50余场,包括环保展、电子展、仪器设备展等。 联盟协会:通过参加联盟协会对接精准客户,公司目前是中国仪器仪表分 析仪器分会(北京)、柔性电子发展联盟(成都)、传感器与物联网联盟(上海)、中关村石墨烯联盟(北京)等会员单位。 目标客户: 工业污染监测:宝武集团、中国船舶集团、浙能集团等 生产流程监测:宁德时代、欣旺达、鲁光集团等 泄露安全监测:中石油、华润燃气、华谊树脂等 新能源电池监测:大众、比亚迪(弗迪电池)、长安汽车等 机器人智慧感知:宇树科技、申昊科技、哈工大机器人集团等 公司业绩: 2023年 传感器产能20万颗,售价30-80元/颗,毛利润60%,净利润30%。 2024年 传感器产能50万颗,售价25-70元/颗,毛利润65%,净利润35%。 2025年 预计全年传感器产能100万颗,售价25-70元/颗。 2026年 预计全年传感器产能200万颗,售价20-60元/颗。

项目创新性

1 新材料(复合材料+激光等离子效应) 在传感器底层敏感材料上,团队选用了有机半导体材料金属酞菁(MetalPhthalocyanine,MPc),是一种典型的p型有机半导体材料,对环境中的气体分子非常敏感。当气体分子接近MPc时,很容易发生表面电荷的转移,导致材料电导率的变化。因此,MPc在气体传感器方向的应用价值一直受到相关领域研究人员的关注和持续研究。MPc作为气体传感器具有来源丰富、价格低廉、成膜简单和工作温度低等优势。此外,MPc结构的可塑性较大,其中心金属、周围取代基和共轭表面电子云均可以改变,从而对其气体传感性能(包括响应性能、恢复速度、选择性和稳定性等)产生重大影响。与无机半导体相比,MPc作为气体传感器最明显的缺陷在于响应时间和恢复时间相对较长,这也是限制MPc在实际场景中被广泛应用受限的原因之一。MPc的另一个缺点在于很难完全脱附强氧化性气体(如NO ),这就导致了MPc的重复利用率较低。 2 团队选择了石墨烯量子点(GrapheneQuantumDots,GQDs)与金属酞菁(MPc)进行复合。因为石墨烯量子点与金属酞菁结构特点相似(碳基材料,可实现π-π键自组装)、分子尺寸相近(1-10nm),两者的复合不会覆盖金属酞菁的有效位点。并且,石墨烯量子点继承了石墨烯优良的电学性能,可以有效提升整个复合体系的电导性,从而提高传感器的响应速度,最多可到20倍以上。

项目可持续性

项目发展: 1.2010-2015年,项目发源于上海交通大学军工项目,以有机半导体结合碳纳米管对危险气体的高精度监测。 2.2015-2019年,项目开始民用化转型,针对钢铁石化等行业的排放气体进行监测,主要集中在NO2、SO2、NH3等常见污染物。 3.2019-2024年,项目开始公司化运行,通过科研积累和产业化人才的加入融合,将高性能传感器的材料和工艺从实验室走向规模化。 4.2024年-至今,项目进入中试量产阶段,公司自建中试产线,具有切割、分拣、固线、打包等工作。 外部支持: 1.公司流片由东南大学联合华虹无锡基地进行制作。 2.研发、测试工作依托上海交通大学和东南大学多个国家级省部级实验室完成。 人员支持: 目前公司拥有全职人员15人,另有高校指导老师、硕博士实习生10余人,构建了一个20多人的研发、生产、管理团队。 知识产权: 项目已经累计申请知识产权100余项,通过高校转让到企业超过20项。

项目社会价值

直接贡献: 项目已经公司化运行6年(南京、上海),并在多地建立了生产(苏州、嘉兴)、供应链基地和办事处(深圳、长沙等),累计贡献产值上亿元,为地方贡献税收几十万元。同时,公司为社会解决直接就业人员累计超百人,并为超过30名学生提供实习机会。 间接贡献: 项目涉及材料、器件、设备、软件等方面的开发、制造、售后、运输等工作,配套的供应链企业高达50余家,间接从业人员达500人以上,撬动产业链上下游产值达数亿元。 战略价值: 气体传感器是工业、农业、能源、环保领域重要的监测工具,过去我国的气体传感器大量进口国际品牌,不仅造成了大量的贸易逆差还容易在技术上被卡脖子,并且气体传感器是环境数据的源头,特别是涉及到特殊行业的气体传感器更是会影响到数据安全。本项目的技术突破可以减少我国对国际品牌的依赖。

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